UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
CURSO DE MESTRADO EM GEOTECNIA E TRANSPORTES
METODOLOGIAS DE ANÁLISE DE RISCO
APLICADAS EM PLANOS DE AÇÃO DE
EMERGÊNCIA DE BARRAGENS: AUXÍLIO AO
PROCESSO DE TOMADA DE DECISÃO
Luiz Filipe Venturi Vianna
Belo Horizonte
2015
Luiz Filipe Venturi Vianna
METODOLOGIAS DE ANÁLISE DE RISCO
APLICADAS EM PLANOS DE AÇÃO DE
EMERGÊNCIA DE BARRAGENS: AUXÍLIO AO
PROCESSO DE TOMADA DE DECISÃO
Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado em
Geotecnia e Transportes da Universidade Federal de
Minas Gerais, como requisito parcial à obtenção do título
de Mestre em Geotecnia e Transportes.
Área de concentração: Geotecnia
Orientadora: Terezinha de Jesus Espósito Barbosa
Belo Horizonte
Escola de Engenharia da UFMG
2015
iii
Vianna, Luiz Filipe Venturi. V617m Metodologias de análise de risco aplicadas em planos de ação de emergência de barragens [manuscrito]: auxílio ao processo de tomada de decisão / Luiz Filipe Venturi Vianna. – 2015. xxi, 118 f., enc.: il.
Orientadora: Terezinha de Jesus Espósito Barbosa.
Dissertação (mestrado) Universidade Federal de Minas Gerais, Escola de Engenharia. Bibliografia: f.110-118.
1. Mecânica do solo - Teses. 2. Barragens e açudes - Segurança - Teses. 3. Avaliação de riscos ambientais - Teses. I. Espósito, Terezinha de Jesus. II. Universidade Federal de Minas Gerais. Escola de Engenharia. III. Título.
CDU: 624.13(043)
iv
v
AGRADECIMENTOS
Agradeço à toda minha família, em especial aos meus pais, Walmo e Liliana, pelo apoio e
motivação em todos os momentos.
À minha esposa Juliana, pelo companheirismo, dedicação e auxílio na formatação do trabalho.
Te amo muito!
À professora Terezinha, pela paciência, ajuda, incentivo e disponibilidade. Seus ensinamentos
ampliaram meu interesse pela geotecnia. Suas contribuições foram fundamentais para a
elaboração deste trabalho.
À toda a equipe da MG/SB, em especial ao Alexandre e ao Diego, que contribuíram
efetivamente para o desenvolvimento deste trabalho.
À equipe do Núcleo de Emergência Ambiental - NEA, pelo convívio e experiência
compartilhada. Particularmente ao Antônio Carlos e Milton, que me incentivaram a ingressar
no curso de Geotecnia.
À todos os professores do curso de Geotecnia da UFMG, pelos relevantes conhecimentos
transmitidos. À Kátia, pela atenção. Aos colegas do curso, pelo companheirismo e assistência.
À todos os meus amigos, que mesmo distantes, estão sempre presentes.
Muito obrigado por tudo!
vi
“Eu sempre me preparo para o fracasso e acabo surpreendido pelo sucesso.”
Steven Spielberg
vii
RESUMO
Neste trabalho são aplicadas técnicas de análise de risco, especificamente a Análise dos
Modos de Falhas e seus Efeitos (Failure Modes and Effects Analysis - FMEA) e Análises por
Árvores de Eventos (Event Trees Analysis – ETA), visando contribuir para o processo de
tomada de decisão dos Planos de Ação de Emergência – PAE‟s de barragens. O estudo de
caso foi realizado na barragem da usina hidrelétrica de Irapé, considerando informações de
projeto, dados de relatórios de instrumentação, relatórios de inspeção em campo e algumas
informações da literatura. A metodologia FMEA foi aplicada para identificação dos aspectos
mais críticos da barragem e priorização de estudos complementares. Com relação à aplicação
de análises por árvores de eventos, foi considerada não a condição atual da estrutura, mas o
comportamento mais provável esperado para o fenômeno (modo de falha) caso este venha a
se concretizar, de acordo com as particularidades da estrutura. Foram realizadas também
análises comparativas entre este comportamento previsto para o fenômeno e os resultados
esperados após a aplicação de ações preventivas e corretivas no contexto do PAE. O resultado
demonstrará que as técnicas de análise de risco podem favorecer o processo de tomada de
decisão dos PAE‟s de barragens, melhorando o tempo de resposta e a confiabilidade das
ações.
Palavras Chave: Análise de Risco, Gerenciamento de Risco, Plano de Ação de Emergência,
Segurança de Barragens
viii
ABSTRACT
This paper applied risk analysis techniques, specifically the Failure Modes and Effects
Analysis - FMEA and Event Trees Analysis - ETA in order to contribute to the decision-
making process of the Emergency Action Plan - EAP for dams. The case study was conducted
at the Irapé dam, considering design information, instrumentation reporting data, field
inspection reports and some literature information. The FMEA methodology was applied to
identify the most critical aspects of the dam and prioritize additional studies. Regarding the
application of analysis by event trees, it was not considered the current condition of the
structure, but the most likely expected behavior for the phenomenon (failure mode) if it occur,
according to the particularities of the structure. Also comparative analyzes were made
between that expected behavior for the phenomenon and the results expected after the
implementation of preventive and corrective actions in the EAP context. The result will
demonstrate that the risk analysis techniques can facilitate the decision-making process of
EAP's for dams, improving response time and the reliability of the actions.
Key Words: Risk Analysis, Risk Management, Emergency Action Plans, Dam Safety
ix
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................ 1
1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO ................................................................................................................................. 1 1.2 JUSTIFICATIVA E MOTIVAÇÃO .................................................................................................................... 2 1.3 OBJETIVOS DO TRABALHO.......................................................................................................................... 3 1.4 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ................................................................................................................... 3
2 REVISÃO DA LITERATURA ................................................................................................................... 5
2.1 AS BARRAGENS .......................................................................................................................................... 5 2.2 SEGURANÇA DE BARRAGENS E GERENCIAMENTO DE RISCOS ...................................................................... 8 2.3 ALGUNS ACIDENTES ENVOLVENDO BARRAGENS ...................................................................................... 18
2.3.1 Barragem de Orós – Ceará – 1960 ............................................................................................... 19 2.3.2 Barragem de Vajont – Itália – 1963 .............................................................................................. 20 2.3.3 Barragem Teton – Estados Unidos – 1976 .................................................................................... 21 2.3.4 Barragens de Euclides da Cunha e Limoeiro – Brasil – 1977 ...................................................... 23 2.3.5 Barragem de rejeito da Rio Verde – Brasil – 2001 ....................................................................... 24 2.3.6 Barragem de rejeito da indústria de papel Rio Pomba-Cataguases – Brasil - 2003 .................... 25 2.3.7 Barragem de Camará – Brasil – 2004........................................................................................... 27 2.3.8 Barragem de rejeito de Miraí – Brasil – 2007 .............................................................................. 29 2.3.9 Barragens de Algodões I – Brasil – 2009 (Portal de notícias 180 graus) ..................................... 29 2.3.10 Barragem de rejeito da Herculano Mineração – Brasil – 2014 ............................................... 31
2.4 ANÁLISE DE RISCOS ................................................................................................................................. 32 2.4.1 FMEA - Failure Mode and Effects Analysis (Análise dos modos de falhas e efeitos) ................... 33 2.4.2 ETA - Event Tree Analysis (Análise por árvore de eventos) .......................................................... 38
2.5 PLANOS DE AÇÃO DE EMERGÊNCIA .......................................................................................................... 40 2.6 PROJETO GT490/APQ-03314-11 - SISTEMA INTELIGENTE INTEGRADO COM TECNOLOGIA WEB E MÓVEL
PARA GESTÃO DE EMERGÊNCIAS (CEMIG/FAPEMIG, 2013) .......................................................................... 45
3 MATERIAL E MÉTODOS ...................................................................................................................... 51
3.1 LEVANTAMENTO DE INFORMAÇÕES ......................................................................................................... 51 3.2 IDENTIFICAÇÃO DOS MODOS DE FALHA MAIS CRÍTICOS PARA A ESTRUTURA ............................................ 51 3.3 ELABORAÇÃO DA ÁRVORE DE EVENTOS RELATIVA AO MODO DE FALHA MAIS CRÍTICO ............................ 52 3.4 ELABORAÇÃO DE ÁRVORES DE EVENTOS CONSIDERANDO INTERVENÇÕES PREVENTIVAS NO CONTEXTO DO
PAE 53 3.5 DEFINIÇÃO DO CASO ESTUDO – UHE IRAPÉ ............................................................................................. 54 3.6 DESCRIÇÃO GERAL DA UHE IRAPÉ .......................................................................................................... 56 3.7 INSTRUMENTAÇÃO DA UHE IRAPÉ .......................................................................................................... 72
3.7.1 Análise de percolações e pressões totais ....................................................................................... 75 3.7.2 Análise das vazões ......................................................................................................................... 82 3.7.3 Análise de deslocamentos horizontais superficiais ........................................................................ 83 3.7.4 Análise recalques ........................................................................................................................... 85
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................................................. 89
4.1 APLICAÇÃO DO MÉTODO FMEA .............................................................................................................. 89 4.2 APLICAÇÃO DO MÉTODO ETA ................................................................................................................. 96
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS ..................................................... 107
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................................. 110
APÊNDICE A ......................................................................................................................................................... I
A.1 TABELA ANÁLISE FMEA ............................................................................................................................... I A.2.1 ÁRVORE DE EVENTOS DO COMPORTAMENTO ESPERADO PARA O PIPING ................................................ XVII A.2.2 ÁRVORE DE EVENTOS CONSIDERANDO A APLICAÇÃO DE FILTRO A JUSANTE ........................................ XVIII A.2.3 ÁRVORE DE EVENTOS CONSIDERANDO A APLICAÇÃO DE MATERIAL VEDANTE A MONTANTE ................. XIX A.2.4 ÁRVORE DE EVENTOS CONSIDERANDO O REBAIXAMENTO DO RESERVATÓRIO .........................................XX A.2.5 ÁRVORE DE EVENTOS CONSIDERANDO O REBAIXAMENTO DO RESERVATÓRIO E APLICAÇÃO DE FILTRO A
JUSANTE .......................................................................................................................................................... XXI
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1: Seção transversal da barragem de Sadd El Karafa. Fonte: Melo, 2014 ................... 5
Figura 2.2: Barragem Proserpina, do século II, na Espanha. Fonte: Balbi, 2008 ....................... 6
Figura 2.3: Processo de formação de piping por erosão regressiva. Fonte: Perini, 2009 ......... 10
Figura 2.4: Processo de formação de piping por meio de alargamento das paredes das trincas.
Fonte: Perini, 2009 ................................................................................................................... 10
Figura 2.5: Processo de formação de piping por meio de carreamento de finos. Fonte: Perini,
2009 .......................................................................................................................................... 11
Figura 2.6: Sequência erosiva devido ao galgamento para barragens de enrocamento com
núcleo impermeável. Fonte: Perini, 2009 ................................................................................ 11
Figura 2.7: Estatística geral de modos de ruptura de grandes barragens de terra, até 1986.
Fonte: Foster, Fell e Spannagle, 2000 ...................................................................................... 12
Figura 2.8: Atividades fundamentais na gestão de riscos. Fonte: Pimenta, 2009. ................... 13
Figura 2.9: Perspectivas de (a) uma sociedade orientada para a segurança e (b) uma sociedade
orientada para o risco. Fonte: Adaptado de Rettemeier et al., 2002......................................... 15
Figura 2.10: Relação entre risco e investimentos em projeto e construção. Fonte: VII
Simpósio sobre Pequenas e Médias Centrais Hidrelétricas. Tema 31 - Segurança de Barragens
Fonte: Fusaro, 2012 .................................................................................................................. 18
Figura 2.11: Rompimento da barragem de Orós. Fonte: Maestri, 2012 ................................... 19
Figura 2.12: Vista parcial da cidade de Longarone antes e após o desastre. Fonte: CBDB,
2003 .......................................................................................................................................... 21
Figura 2.13: Parte de uma série de fotos da ruptura de Teton e foto do local após o desastre . 23
Figura 2.14: Barragem Euclides da Cunha - Situação do maciço após ruptura por galgamento
(1977). 1 - Galeria do Cut off. Fonte: Cardia, 2007. ................................................................ 24
Figura 2.15: Vista aérea da Barragem da Mineração Rio Verde. Fonte: Precisão Consultoria,
2014. ......................................................................................................................................... 25
Figura 2.16: Imagem aérea da barragem de Cataguases e do ribeirão do Cágado, após a
ruptura. Fonte: Vianna, 2012. ................................................................................................... 26
Figura 2.17: Contaminação da Bahia de Guanabara em decorrência do acidente. Fonte:
Vianna, 2012. ............................................................................................................................ 27
Figura 2.18: Aspecto da ruptura da fundação da barragem, vista de jusante. Fonte: Kanji,
2004. ......................................................................................................................................... 28
Figura 2.19: Vista da área inundada em Miraí Fonte: Menescal, 2007. ................................... 29
xi
Figura 2.20: Rompimento da barragem de Algodões I. Fonte: Portal de notícias 180 Graus,
2009. ......................................................................................................................................... 31
Figura 2.21: Busca de vítimas após o rompimento da barragem da Herculano Mineração.
Fonte: Jornal O Tempo, 2014 ................................................................................................... 32
Figura 2.22: Matriz de risco para elementos críticos da barragem de Três Marias. Fonte: Melo,
2014. ......................................................................................................................................... 37
Figura 2.23: Características das Árvores de Eventos. Fonte: Ladeira, 2007, adaptado de
Hartford e Baecher, 2004.......................................................................................................... 39
Figura 2.24: Exemplo de Árvore de Eventos para o evento inicial de abalo sísmico. Fonte:
Ladeira, 2007, adaptado de Hartford e Baecher, 2004 ............................................................. 39
Figura 2.25: Mapa de zoneamento e plano de evacuação (Balbi, 2008). ................................. 43
Figura 2.26: Visão geral do PAE de Barragens da CEMIG. Fonte: Relatório da Etapa 1 -
Projeto GT490, 2013 ................................................................................................................ 46
Figura 2.27: Proposta inicial para o Sistema Integrado. Fonte: Relatório da Etapa 1 - Projeto
GT490, 2013 ............................................................................................................................. 47
Figura 2.28: Trecho de uma árvore de eventos. Fonte: Ladeira, 2007 ..................................... 48
Figura 2.29: Interface de comunicação do PAEWEB. Fonte: Relatório Etapa 4 - Projeto
GT490, 2014 ............................................................................................................................. 49
Figura 3.1: Resumo da metodologia ......................................................................................... 54
Figura 3.2: Vista geral da UHE Irapé. Fonte: Arquivo CEMIG GT ........................................ 55
Figura 3.3: Localização da UHE Irapé. Fonte: Google Earth, 2014 ........................................ 56
Figura 3.4: Foto de um quadro instalado na UHE Irapé, com imagem da fase final de
construção da barragem. Vista geral do maciço. Fonte: Autor, 2014 ...................................... 57
Figura 3.5: Barragem de Irapé concluída. Fonte: CEMIG, 2006 ............................................. 57
Figura 3.6: Arranjo geral da UHE de Irapé. Fonte: Arquivo CEMIG GT ............................... 58
Figura 3.7: Oxidação de testemunho de sondagem. Fonte: CEMIG, 2014 .............................. 59
Figura 3.8: Formação de sulfato em testemunho de sondagem, com expansão da rocha. Fonte:
CEMIG, 2014 ........................................................................................................................... 60
Figura 3.9: Vista do corte da tomada d‟água/vertedouro. Fonte: CEMIG, 2014 ..................... 61
Figura 3.10: Aplicação de proteções impermeabilizantes em galeria de drenagem, para teste.
Fonte: Autor, 2014. ................................................................................................................... 62
Figura 3.11: Seção transversal de maior altura da UHE de Irapé. Fonte: Lima, 2009 ............. 64
Figura 3.12: Detalhe da proteção contra chuvas no talude de jusante. Fonte: Lima, 2009 ...... 66
xii
Figura 3.13: Rebaixamento instantâneo do reservatório – Φ=33º, com superfície circular.
Fonte: CEMIG, 2004. ............................................................................................................... 70
Figura 3.14: Vista de jusante e montante das 3 torres da tomada d‟água. Fonte: CEMIG, 2012
.................................................................................................................................................. 71
Figura 3.15: Emboque das estruturas vertentes e tomada d'água. Fonte: Lima, 2009 ............. 71
Figura 3.16: Perfil da UHE Irapé com a localização e legenda dos instrumentos. Fonte:
CEMIG, 2011 ........................................................................................................................... 74
3.17: Piezômetros e células de carga da Seção 1. Fonte: CEMIG, 2011.................................. 75
Figura 3.18: Piezômetros e células de carga da Seção 5. Fonte: CEMIG, 2011 ...................... 75
Figura 3.19: Piezômetros e células de carga da Seção 2. Fonte: CEMIG, 2011 ...................... 76
Figura 3.20: Piezômetros e células de carga da Seção 4. Fonte: CEMIG, 2011 ...................... 77
Figura 3.21: Piezômetros da Seção 3. Fonte: CEMIG, 2011 ................................................... 79
Figura 3.22: Células de pressão total da Seção 3. Fonte: CEMIG, 2011 ................................. 80
Figura 3.23: Localização dos medidores de vazão. Fonte: CEMIG, 2011 ............................... 82
Figura 3.24: Deslocamentos horizontais no final de construção pelo modelo linear-elástico
com incrementos. Fonte: Aires, 2006 ....................................................................................... 84
Figura 3.25: Localização dos marcos superficiais e direção dos deslocamentos horizontais
superficiais. Fonte: CEMIG, 2012 ............................................................................................ 84
Figura 3.26: Vista de deslocamento em escada de acesso à instrumentação. CEMIG, 2014... 85
Figura 3.27: Recalques no final de construção pelo modelo linear-elástico com incrementos.
Fonte: Aires, 2006 .................................................................................................................... 85
Figura 3.28: Medidores de recalque na seção 3. Fonte: CEMIG, 2011 ................................... 87
Figura 4.1: Sistemas utilizados na FMEA de Irapé. ................................................................. 89
Figura 4.2: Seção transversal de maior altura da UHE de Irapé. Fonte: Lima, 2009 ............... 90
Figura 4.3: Layout utilizado para a análise FMEA .................................................................. 92
Figura 4.4: Matriz de risco para os elementos mais significativos da barragem de Irapé. ....... 95
xiii
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1: Risco individual de morte estimado para diversas atividades ............................... 13
Tabela 2.2: Descrições de incertezas ........................................................................................ 36
Tabela 2.3: Severidade (S) avaliada sobre diferentes aspectos ................................................ 36
Tabela 3.1: Descrições de incertezas ........................................................................................ 53
Tabela 3.2: Classificação final com base no risco .................................................................... 55
Tabela 3.3: Materiais constituintes da barragem de Irapé ........................................................ 65
Tabela 3.4: Parâmetros geotécnicos utilizados nas análises de estabilidade ............................ 67
Tabela 3.5: Resumo dos coeficientes de Permeabilidade Adotados. ....................................... 68
Tabela 3.6: Resumo dos Coeficientes Mínimos de Ruptura Encontrados para o talude de
montante para o carregamento final de construção e rebaixamento rápido ............................. 69
Tabela 3.7: Instrumentos instalados na UHE Irapé. ................................................................. 72
Tabela 4.1: Materiais constituintes da barragem de Irapé ........................................................ 91
Tabela 4.2: Descrições de incertezas ........................................................................................ 92
Tabela 4.3: Descrições de incertezas ........................................................................................ 97
Tabela 4.4: Justificativa das notas aplicadas nos estudos de ETA, com base no estudo de caso
.................................................................................................................................................. 99
Tabela 4.5: Justificativa das notas aplicadas nos estudos de ETA, considerando o
comportamento esperado para o piping após a aplicação de filtro a jusante .......................... 101
Tabela 4.6: Justificativa das notas aplicadas nos estudos de ETA, considerando o
comportamento esperado após a aplicação de material vedante no talude de montante ........ 102
Tabela 4.7: Justificativa das notas aplicadas nos estudos de ETA, considerando o
comportamento esperado após o rebaixamento do reservatório ............................................. 102
Tabela 4.8: Justificativa das notas aplicadas nos estudos de ETA, considerando o
comportamento esperado após o rebaixamento do reservatório associado à implantação de um
filtro invertido no talude de jusante ........................................................................................ 103
Tabela 4.9: Tabela com os resultados obtidos ........................................................................ 104
xiv
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ANA Agência Nacional de Águas
AS/NZS Australia Standards / New Zealand Standards
CBDB Comitê Brasileiro de Barragens
CCR Concreto compactado a rolo
CEMIG Companhia Energética de Minas Gerais
CEMIG GT Cemig Geração e Transmissão S.A.
CMP Cheia Máxima Provável
CNRH Conselho Nacional de Recursos Hídricos
COPAM Conselho de Política Ambiental
COPASA Companhia de Saneamento de Minas Gerais
CSs Caixas suecas
CW Células de pressão total
DN Deliberação Normativa
DNOCS Departamento Nacional de Obras Contra as Secas
EL Elevação
EMGERPI Empresa de Gestão de Recursos do Piauí
ETA Análise por árvores de eventos
FAPEMIG Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais
FEAM Fundação Estadual do Meio Ambiente
FEMA Federal Emergency Management Agency
xv
FMEA Análise dos modos de falha e seus efeitos
FMECA Análise dos modos de falha, efeitos e criticalidade
FTA Análise Árvore por Falhas
HSE Health and Safety Executive
IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis
ICOLD International Committee on Large Dams
ID Inclinômetro
IDEPI Instituto de Desenvolvimento do Piauí
LCI Causa e Indicadores de Falhas
MG Minas Gerais
MS Marcos Superficiais
NA Nível de Água
ONU Organização das Nações Unidas
ORSEP Organismo Regulador de Seguridade de Presas
PAE Plano de Ação de Emergência
PC Piezômetro Casagrande
PCZ Ponto de carga zero
PE Piezômetro Elétrico
PEAD Polietileno de alta densidade
PVC Policloreto de vinila
PW Piezômetros elétricos
RM Placa de recalque magnético
xvi
RW Medidor de recalque elétrico (corda vibrante)
SGA/SCO Sistema Georreferenciado de Apoio ao Sistema de Comando de Operações
UHE Usina Hidroelétrica
UK United Kingdom (Reino Unido)
UNIFAL Universidade Federal de Alfenas
USA United States of America (Estados Unidos da América)
USBR United States Bureau of Reclamation
VV Vertedouro de Vazão
ZAS Zona de Autossalvamento
xvii
LISTA DE SÍMBOLOS
# Abertura da Malha
% Por cento
” Polegada
C Consequência (adimensional)
c' Intercepto de coesão efetiva (kPa)
cm Centímetro
CRIT Criticalidade (adimensional)
D Índice de detecção (adimensional)
h altura (m)
h Hora
h Horizontal (m)
hm3
Hectômetro cúbico
i Gradiente Hidráulico (adimensional)
K Coeficiente de permeabilidade (cm/s)
k Quilo
kg Quilograma
km Quilômetro
km2
Quilômetro quadrado
kN Quilonewton
l Litro
xviii
M Mega
m Metro
m.c.a. Metros de coluna de água
m3
Metros cúbicos
mm Milímetro
MW Megawatt
MWh Megawatt hora
N Newton
NPR Número Preliminar de Risco (adimensional)
º Grau
O Índice de ocorrência (adimensional)
P Probabilidade (adimensional)
Pa Pascal (N/m²)
pH Potencial hidrogeniônico (adimensional)
Pr Probabilidade (adimensional)
Q Vazão (m³/s)
RPN Risk Priority Number (adimensional)
Ru Coeficiente de poropressão (adimensional)
s Segundo
S Severidade (adimensional)
u Poropressão (m.c.a.)
v Vertical (m)
xix
γ Peso específico (kN/m³)
φ' Ângulo de atrito efetivo (º)
Diâmetro (”)
1
1 INTRODUÇÃO
1.1 Contextualização
As barragens são estruturas que têm sido utilizadas por diversas civilizações há milhares de
anos. Além da função de armazenamento de água para o abastecimento humano, irrigação e
dessedentação de animais, as barragens também podem ser utilizadas para a geração de
energia, controle de cheias, recreação, piscicultura, retenção de resíduos e navegação.
Apesar das barragens já serem aproveitadas em larga escala em todo o mundo, a construção
destas estruturas tende a crescer frente a um cenário mundial, atual e futuro, de elevada
demanda por água e energia. Atualmente 768 milhões de pessoas não têm acesso à água
tratada, embora, segundo algumas estimativas, o número de pessoas cujo direito à água não
está satisfeito pode ser tão alto quanto 3,5 bilhões. 2,5 bilhões não possuem condições
sanitárias adequadas e 1,3 bilhão não têm acesso à eletricidade. Segundo as previsões, em
2030 a população global irá necessitar de 35% mais comida, 40% mais água e 50% mais
energia (ONU, 2014). Deve-se considerar também uma perspectiva de mudanças climáticas,
que, caso confirmada, pode aumentar a necessidade de construção de novas barragens.
As barragens exercem um importante papel social e econômico, mas também têm potencial
para causar diversos impactos negativos, principalmente quando não são devidamente
planejadas, projetadas, construídas, operadas ou mantidas. Além dos impactos inerentes à
construção destes empreendimentos, deve-se considerar também o risco que estas estruturas
impõem, principalmente para o vale de jusante, em decorrência da possibilidade de ruptura da
barragem.
Estudos baseados em dados históricos, como o trabalho de Foster et al. (1998), que utiliza
registros históricos para estimar a frequência de falhas em barragens de aterro, demonstram
que a probabilidade de ruptura de uma barragem é relativamente baixa. As consequências
destes eventos, porém, são normalmente catastróficas. Cabe ressaltar que o aumento do
número de barragens, assim como o crescimento da população, tornam cada vez mais
próximo o convívio da sociedade com estas estruturas.
Apesar dos avanços técnicos e legais que ocorreram no âmbito da gestão da segurança de
barragens, a ocorrência de acidentes recentes, inclusive no Brasil, demonstra que tanto os
empreendedores quanto o poder público precisam atuar de maneira mais efetiva nesta questão.
2
Segundo Pimenta (2009), a gestão de segurança de barragens apresenta, tradicionalmente,
uma abordagem orientada para a segurança (centrada nas obras), porém é necessário evoluir
para abordagens orientadas para o risco, buscando tratar as ações, desempenho e
consequências de forma integrada.
Um dos pilares da gestão voltada para o risco é o Plano de Ação de Emergência - PAE.
Partindo do princípio que a segurança absoluta não pode ser garantida e existe o risco de
ruptura da barragem, o PAE visa estabelecer um conjunto de ações de resposta para atuação
em situações críticas, a fim de evitar a ocorrência de acidentes ou minimizar suas
consequências.
As ações de resposta durante situações críticas em barragens envolvem, normalmente,
processos de tomada de decisão muito complexos, onde diversas variáveis devem ser
consideradas em um curto espaço de tempo, sendo que decisões equivocadas podem levar,
inclusive, à perda de vidas humanas.
A aplicação de técnicas de análise de risco pode contribuir com estes processos de tomada de
decisão, por meio da realização de avaliações prévias dos diversos mecanismos de falha.
Estas simulações podem ser utilizadas como um indicativo da gravidade de cada cenário,
favorecendo a emissão de sinais antecipados de alerta, com a respectiva remoção de pessoas
das áreas de risco.
Podem ainda apresentar uma diretriz, por meio da realização de análises comparativas, para a
escolha das melhores ações de resposta a serem adotadas para evitar o agravamento de uma
situação crítica.
1.2 Justificativa e motivação
Dentro desta abordagem dos PAEs, esse trabalho visa contribuir para a gestão de situações
emergenciais envolvendo barragens por meio da aplicação de ferramentas de análise de risco,
tornando o processo de tomada de decisão mais rápido e confiável, favorecendo deste modo
as condições de segurança do vale a jusante.
Pretende-se também colaborar para a implantação, nas barragens gerenciadas pela Companhia
Energética de Minas Gerais - CEMIG, do ʺSistema Inteligente Integrado com Tecnologia
Web e Móvel para Gestão de Emergências". Este Sistema visa, entre outras coisas,
desenvolver um software que favoreça o processo de classificação do nível de perigo das
3
barragens em normal, atenção, alerta ou emergência, de acordo com o PAE. Um dos dados
de entrada utilizados pelo software são árvores de eventos. Estas árvores servem tanto para
indicar a probabilidade estimada de ocorrência de uma ruptura em determinado momento,
quanto para situar os responsáveis em relação à evolução de um cenário adverso. Nesta
perspectiva, esta dissertação procura estabelecer critérios para a identificação dos aspectos
mais críticos de uma barragem, para os quais serão realizados estudos de Análises por
Árvores de Eventos (Event Tree Analysis - ETA). Este projeto será descrito no item 2.6, para
melhor compreensão.
1.3 Objetivos do trabalho
Aprimorar o processo de tomada de decisão durante situações emergenciais em barragens
utilizando para isso ferramentas de auxílio como Análises de Risco, Análise dos modos de
falha e seus efeitos – Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) e Análises por Árvores de
Eventos – Event Tree Analysis (ETA).
Para alcançar o objetivo principal, são propostos os seguintes objetivos específicos:
Realizar uma revisão bibliográfica em relação à gestão de segurança de barragens,
tipologia das barragens e estruturas acessórias, prevenção de acidentes, análise de risco
com ênfase em FMEA e ETA, modos de falha e planos de ação de emergência;
Realizar uma FMEA para a identificação dos riscos mais significativos para a barragem da
UHE Irapé, com base nas informações levantadas;
A partir do risco mais crítico identificado para a barragem, elaborar uma ETA descrevendo
a evolução do fenômeno físico que está associado ao respectivo modo de falha;
Desenvolver ETA‟s simulando o comportamento esperado após a adoção de ações
preventivas e corretivas do PAE, e como estas ações podem afetar o risco relacionado ao
modo de falha descrito.
1.4 Estrutura da dissertação
Além deste capítulo introdutório, este trabalho está dividido em outros 4 capítulos. O capítulo
2 apresenta a revisão bibliográfica, considerando aspectos sobre a gestão de segurança de
barragens, acidentes históricos, técnicas de análise de risco e plano de ação de emergência.
Aborda também o Projeto GT490/APQ-03314-11 (CEMIG/FAPEMIG, 2013).
4
No capítulo 3 é descrita a metodologia utilizada para o desenvolvimento da pesquisa, assim
como o estudo de caso abordado, com informações relacionadas à barragem da UHE Irapé.
Os resultados e discussões obtidos com a aplicação da metodologia são apresentados no
capítulo 4. O capítulo 5 finaliza o trabalho, apresentando as considerações finais, bem como
as recomendações para trabalhos futuros.
5
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 As barragens
Segundo o Comitê Brasileiro de Barragens - CBDB, as barragens são definidas como
obstáculos artificiais com a capacidade de reter água ou qualquer outro líquido, rejeitos,
detritos, para fins de armazenamento ou controle. O termo barragem provém
etimologicamente da palavra francesa barrage, do século XII, que deriva das palavras barre,
do francês, e barra, do latim vulgar, que significam "travessa, tranca de fechar porta" (CBDB,
2014).
Estas estruturas têm servido muitas civilizações ao longo dos últimos 5 mil anos, como se
pode perceber a partir de ruínas ou daquelas ainda em condições de funcionamento, de acordo
com a Comissão Internacional de Grandes Barragens (International Committee on Large
Dams - ICOLD). Reservatórios projetados para atender a demanda por água, especialmente
onde a agricultura, que surgiu no período Neolítico, dependia de irrigação e controle de
enchentes, estão entre as primeiras obras do homem. Indícios disso podem ser observados na
história antiga ou mesmo na pré-história da China, da Mesopotâmia, da Pérsia, do Egito e da
Índia, cujos livros sagrados ou lendas épicas explicitamente mencionam o papel dos
reservatórios (ICOLD, 2008).
A barragem mais antiga do mundo é a de Jawa, na Jordânia. Trata-se de um aterro de solo e
muros de alvenaria, com 5 m de altura e 80 m de comprimento, datado em torno de 3.000 AC.
Outra estrutura que remete à mesma época é a barragem de Sadd el Karafa, localizada no
Egito, de aproximadamente 2.650 AC (MELO, 2014). A Figura 2.1 apresenta a seção desta
barragem.
Figura 2.1: Seção transversal da barragem de Sadd El Karafa. Fonte: Melo, 2014
6
Os romanos construíram inúmeras represas durante o período que perdurou seu vasto império
e algumas, como a barragem espanhola de Proserpina, do século II, permanecem em operação
até hoje (BALBI, 2008).
Figura 2.2: Barragem Proserpina, do século II, na Espanha. Fonte: Balbi, 2008
Estas estruturas desempenham, atualmente, um papel relevante em relação ao ciclo
hidrológico, que refere-se ao movimento contínuo da água presente nos oceanos, continentes
(superfície, solo e rocha) e na atmosfera. No mundo, os recursos hídricos renováveis, que
compõem o ciclo hidrológico, podem ser estimados em 40.000 km³ de água por ano. Este
valor é aparentemente grande, porém, está distribuído no planeta de forma irregular tanto
sazonal quanto geograficamente. Os recursos acessíveis naturalmente somam cerca de 9.000
km³ por ano, dos quais cerca de 3.500 km³ são regulados pelos reservatórios de grandes
barragens. Atualmente, estima-se que existem cerca de 50.000 grandes barragens em operação
no mundo (ICOLD, 2008).
Apesar dos diversos benefícios sociais e econômicos que podem ser proporcionados pela
construção de barragens, estas estruturas também têm potencial para proporcionar impactos
socioambientais negativos, o que impõe a necessidade de uma avaliação abrangente, imparcial
e ponderada destes empreendimentos durante a análise de viabilidade, projeto, construção,
operação e descomissionamento, visando mitigar os diversos conflitos relacionados ao
assunto.
7
Conforme o Relatório Barragens e Desenvolvimento: um novo modelo para tomada de
decisões, hoje quase metade dos rios do mundo tem pelo menos uma grande barragem
construída em seu leito, o que obrigou o deslocamento compulsório de um número entre 40 e
80 milhões de pessoas. Ressalta ainda que os impactos sobre as populações não são, muitas
vezes, adequadamente avaliados e, até mesmo, sequer considerados, constatando falta
generalizada de compromisso e de capacidade de empreender ações efetivas de recomposição
de suas atividades econômicas, além das perdas culturais de difícil resgate. Destaca, ainda,
que aos grupos vulneráveis (pobres, comunidades tradicionais, povos indígenas e minorias
étnicas) são impostos os maiores custos sociais e ambientais dos projetos, sem significar,
contudo, benefícios econômicos diretos para essas populações (WORLD COMISSION ON
DAMS - WCD, 2000 citado por RIBEIRO, 2008).
Segundo Ribeiro (2008), o Relatório aponta, ainda, como efeitos negativos de muita
expressividade, os impactos sobre os ecossistemas naturais e a biodiversidade, destacando: a
destruição de florestas e habitats selvagens; o desaparecimento de espécies e a degradação das
áreas de captação a montante devido à inundação da área do reservatório; a redução da
biodiversidade aquática; a diminuição das áreas de desova a montante e a jusante; o declínio
dos serviços ambientais prestados pelas planícies aluviais a jusante, brejos, ecossistemas de
rios e estuários; e impactos cumulativos sobre a qualidade da água, inundações naturais e a
composição das espécies quando várias barragens são implantadas em um mesmo rio. Revela,
também, graus variados de desempenho/eficácia das barragens no tocante aos aspectos
técnicos, financeiros e econômicos, apontando para uma realidade desfavorável em termos da
relação custo/benefício esperada para um número considerável dos casos estudados,
recomendando aperfeiçoamento na seleção de projetos e na sua execução.
Existe no Brasil, atualmente, uma tendência à construção de barragens com reservatórios
menores como forma de reduzir estes impactos. Este assunto, porém, tem sido bastante
debatido, principalmente em decorrência da restrição hídrica e energética que o país enfrenta
no momento.
Hoje, como no passado, as barragens de terra continuam a ser o tipo mais comum,
principalmente porque sua construção envolve o uso dos materiais naturais, localmente
disponíveis, com o mínimo de processamento. Além do mais, os requisitos topográficos e de
fundação para as barragens de terra são menos restritivas do que para os outros tipos de
barragem. Seus solos possuem essencialmente granulometria fina com baixa permeabilidade e
8
o comportamento do aterro é condicionado principalmente pelas poropressões (MELO, 2014).
Bureau of Reclamation (1987) sustenta que as barragens de terra, provavelmente, devem
continuar a ser o tipo mais dominante, em parte porque o número de locais favoráveis para
estruturas de concreto está decrescendo como resultado do extensivo desenvolvimento de
armazenamento de água.
As primeiras barragens de terra brasileiras foram construídas no Nordeste, no início do Século
XX, dentro do plano de obras de combate à seca, e foram projetadas tendo como base o
empirismo. A barragem de Curema, erguida na Paraíba em 1938, contava com os novos
conhecimentos da Mecânica dos Solos. Mas somente em 1947, com a barragem do Vigário,
atual Barragem Terzaghi, localizada no estado do Rio de Janeiro, é que se inaugurou o uso da
moderna técnica de projeto e construção de barragens de terra no Brasil. Foi também um
marco, pois pela primeira vez Terzaghi empregou o filtro vertical ou chaminé como elemento
de drenagem interna de barragens de terra (VARGAS, 1977).
Com relação às barragens de enrocamento, sua utilização teve origem na região da Califórnia
em meados de 1850 (ICOLD, 2010a), sendo que sua construção foi ampliada acentuadamente
somente a partir de 1960 (enrocamento com face de concreto e também barragens de terra-
enrocamento). O material enrocamento tem como características principais a condição de
livre drenagem e o elevado ângulo de atrito. As barragens de enrocamento são geralmente
assentadas em fundações mais resistentes do que as de terra, pois elas necessitam ser
compatíveis com a deformabilidade e resistência dos materiais utilizados na estrutura (MELO,
2014).
Cruz (1996) considera que as barragens devem atender basicamente a três princípios de
projeto: do controle do fluxo, da estabilidade e da compatibilidade das deformações. Apesar
da grande diversidade observada na configuração das seções transversais e nos materiais
empregados, os projetos de barragens devem possuir, portanto, alguns elementos essenciais,
como vedação, drenagem interna e estabilização.
2.2 Segurança de barragens e gerenciamento de riscos
Os primeiros construtores de barragens fizeram uso prático de aluvião que geralmente se
encontrava disponível ao longo dos córregos. Por esse motivo, os primeiros aterros de
barragens inspiraram pouca confiabilidade por milhares de anos. Até o século XX, grande
parte do conhecimento aplicado no projeto de barragens era empírico. É fato que o
9
conhecimento na engenharia de barragens foi ampliado, em grande medida, aplicando as
lições de projetos que falharam (MELO, 2014).
Os filtros a jusante do núcleo em barragens de aterro zonado, por exemplo, começaram por
ser considerados como segundas linhas de defesa, no âmbito das técnicas para minimização
da ocorrência da fratura hidráulica. Em meados dos anos 80, estes filtros passaram a ser
designados por filtros críticos e considerados como primeiras linhas de defesa contra a fratura
hidráulica. Este fato deveu-se à constatação de que a fratura hidráulica podia ocorrer em
barragens projetadas de acordo com as regras da boa arte e, também, porque se demonstrou
que o escoamento concentrado através de uma fenda no núcleo pode ser dominado por um
filtro adequadamente dimensionado. Os filtros desempenham duas funções essenciais, a de
retenção do material filtrado, impedindo a migração das suas partículas finas, e a de
permeabilidade, recebendo o fluxo percolado através do material filtrado sem desenvolver
pressões intersticiais em excesso (PIMENTA, 2009).
A princípio, toda barragem deveria ser planejada, projetada, construída e mantida
adequadamente, mas a observação de acidentes recentes envolvendo barragens tem mostrado
que esse objetivo não tem sido plenamente atendido. Os graves impactos econômicos, sociais
e ambientais decorrentes das rupturas têm ensejado uma forte demanda da sociedade em saber
seu nível de exposição ao risco perante essas estruturas (ICOLD, 2005).
Cabe ressaltar que as barragens são consideradas obras de engenharia de grande
complexidade, sendo razoável aceitar, em determinados momentos, que o comportamento
verificado em campo não ocorre exatamente como previsto no projeto.
Segundo Melo (2014), a identificação dos modos potenciais de falha (ruptura) de uma
barragem de terra e enrocamento converge nas categorias gerais listadas por Lafitte (1993
citado por Hartford e Baecher, 2004):
Falhas hidráulicas devido a níveis excepcionais: inclui, por exemplo, galgamento e
subsequente erosão externa devido a vertedouro com capacidade de descarga insuficiente,
ou até mesmo associado a danos em comportas ou erros de operação.
Movimentos de massa devido a carregamentos excepcionais (excetuando as cheias
incluídas no item anterior), propriedades inadequadas dos materiais, ou singularidades
geológicas não detectadas: inclui, por exemplo, instabilidade de taludes (por equilíbrio
limite), deformações que conduzem a galgamento, liquefação de solos, instabilidades de
10
fundação ou ombreiras, rebaixamento rápido associado a escorregamento do talude de
montante e deslizamentos de encostas para o interior do reservatório que acarretem em
galgamento.
Erosão interna: inclui, entre outros, desenvolvimento de piping no núcleo da barragem e
erosão de solos de fundação ou juntas (preenchimento de descontinuidades).
Os processos de piping foram descritos por Foster et al. (2000 citado por Perini, 2009):
1. Erosão regressiva, no qual a erosão se inicia no talude de jusante, no ponto de saída do
fluxo percolado, e progride para montante, formando um tubo que se liga ao reservatório.
Figura 2.3: Processo de formação de piping por erosão regressiva. Fonte: Perini, 2009
2. Erosão em torno de trincas existentes na barragem. Essas rachaduras ou fissuras permitem
a formação de um fluxo concentrado, que tem origem direta no reservatório e vai até um
ponto de saída, o qual passa a erodir o solo, causando o alargamento deste caminho de
água, formando o tubo.
Figura 2.4: Processo de formação de piping por meio de alargamento das paredes das trincas.
Fonte: Perini, 2009
3. Erosão devido ao carreamento de finos. Ocorre geralmente quando os materiais utilizados
são mal graduados, permitindo que solos finos escapem por uma matriz granular. Esta
lavagem de finos pode desestabilizar internamente o solo e permitir a formação do tubo.
11
Figura 2.5: Processo de formação de piping por meio de carreamento de finos. Fonte: Perini,
2009
De acordo com Foster, Fell e Spannagle (2000), os acidentes em barragens causados por
piping estão relacionadas com o zoneamento das seções e com a existência, ou não, de
sistemas de controle de poropressões. Observou-se que a maior frequência de falhas e
acidentes ocorreu em barragens homogêneas ou zoneadas sem um eficiente sistema de
controle de poropressões, formado apenas por um filtro na fundação, ou por somente
enrocamento de pé.
O trabalho de Perini apresenta também uma sequência erosiva devido ao galgamento para
barragens de enrocamento com núcleo impermeável, de acordo com Powledge et al., 1988.
Figura 2.6: Sequência erosiva devido ao galgamento para barragens de enrocamento com
núcleo impermeável. Fonte: Perini, 2009
Foster, Fell e Spannagle (2000) relatam que a média histórica anual de probabilidade de falha
em grandes barragens de terra, com altura superior a 15m, é estimada em 4,5 x 10-4
barragens
por ano (136 barragens de aterro falharam em um universo de 300.400 barragens de
aterro/ano, construídas após o ano de 1986).
12
A Figura 2.7 apresenta uma estatística dos modos de ruptura verificados neste trabalho de
Foster et al. (2000), excluindo barragens construídas no Japão pré 1930 e na China.
47%
46%
5% 2%
Estatística de ruptura - até 1986
Galgamento e estruturasauxiliares
Piping
Escorregamento detaludes
Terremoto-liquefação
Figura 2.7: Estatística geral de modos de ruptura de grandes barragens de terra, até 1986.
Fonte: Foster, Fell e Spannagle, 2000
No caso de uma barragem nova, que adota critérios mais rigorosos baseados nas melhores
práticas conhecidas atualmente, a probabilidade de falha é da ordem de 10-6
(VISEU T.;
ALMEIDA A. B., 2011).
Estes valores de referência podem ser considerados baixos quando comparados a outras
atividades, porém nem sempre a sociedade percebe o risco de forma verdadeira, sendo
influenciada por fatores emocionais e psicológicos. Covello e Sandman (2001) afirmam que:
"os riscos que matam as pessoas e os riscos que as alarmam são completamente distintos". Os
acidentes com aviões comerciais, por exemplo, causam comoção nas pessoas devido à grande
quantidade de vítimas causadas por evento e à incapacidade dos passageiros de tomarem
qualquer tipo de ação de defesa. O número de vítimas fatais em acidentes aéreos no Brasil,
contudo, é quase 2700 vezes menor do que o decorrente de acidentes de trânsito,
considerando os dados de 2007 (ROSA, 2008).
O trabalho de Rosa (2008) apresenta uma tabela comparativa de riscos individuais para
diversas atividades, conforme a Tabela 2.1.
13
Tabela 2.1: Risco individual de morte estimado para diversas atividades
Atividade Risco Individual (ano -1
)
Tomar Pílula (1) 2,0 x 10-5
Jogar futebol (1) 4,0 x 10-5
Dirigir automóvel (1) 1,7 x 10-6
Fumar (20 cigarros /dia) (1) 5,0 x 10-3
Meteoritos (2) 6,0 x 10-11
Transporte de substâncias químicas (2) 2,0 x 10-6
Explosão de um vaso pressurizado (USA) (2) 5,0 x 10-6
Raio (UK) (2) 1,0 x 10-7
Enchentes por barragens (Holanda) (2) 1,0 x 10-7
Vazamento de uma Planta Nuclear a 1 km
(UK) (2) 1,0 x 10
-7
Leucemia (2) 8,0 x 10-5
1 - Risco voluntário 2 - Risco involuntário
Fonte: HSE, 1989
Apesar dos acidentes envolvendo grandes barragens não serem muito frequentes, suas
consequências são normalmente catastróficas. Visando contornar este cenário, teve início o
desenvolvimento do conceito atual de gestão de risco no âmbito da segurança de barragens. A
Figura 2.8 apresenta um fluxograma deste processo segundo Pimenta (2009).
Figura 2.8: Atividades fundamentais na gestão de riscos. Fonte: Pimenta, 2009.
14
O Risco é usualmente definido como o produto da probabilidade de ocorrer um evento pela
sua consequência.
A identificação dos modos de falhas é considerada uma etapa preliminar na avaliação de
riscos, sendo de fundamental importância. Segundo Caldeira (2008), é importante que a
identificação dos riscos seja realizada de forma exaustiva e sistemática. Para Foster, Fell e
Spannagle (2000), a parte mais crítica de qualquer avaliação de riscos é a identificação
completa dos cenários que resultam nas falhas.
Este conceito de gestão de riscos consiste em um conjunto de atividades integradas, tais como
a avaliação de risco (análise de risco e apreciação de risco) e controle de risco (mitigação,
prevenção, detecção, plano de ação de emergência - PAE, revisão e comunicação). Essa nova
abordagem insere-se como uma melhoria da prática tradicional e não como um senso de
substituição (MELO, 2014) .
De acordo com Hartford e Baecher (2004), o processo de análise de risco geralmente envolve
as etapas de definição de escopo e seleção do método de análise, definição e identificação das
condições de perigo, estimativa da probabilidade de falha da barragem e consequência,
estimativa do risco, documentação, verificação e atualização da análise.
Os métodos de análises de risco podem ser de natureza qualitativa ou quantitativa. Os
métodos de caráter qualitativo se apoiam em formas descritivas ou escalas de ordenação
numérica para descrever as grandezas de probabilidade e consequência, enquanto que os
quantitativos explicitam as incertezas, baseando-se, portanto, em valores numéricos da
probabilidade e consequência (MELO, 2014). As análises qualitativas, que normalmente são
menos complexas, podem ser utilizadas como uma avaliação preliminar visando estabelecer
quais aspectos serão estudados com maior profundidade.
Segundo a norma australiana, AS/NZS (2004), tão importante quanto obter um valor
numérico, é o fato de a análise de risco proporcionar ao avaliador o aprimoramento do
entendimento sobre risco, permitindo que, durante o processo de tomada de decisão, não só
seja decidido se o risco deve ou não ser tratado, mas também a forma mais apropriada, com
uma estratégia tal que permita obter a melhor relação custo-eficiência.
As abordagens orientadas para o risco têm, como grande virtude o tratamento integrado das
ações, do desempenho e das consequências. Outro mérito assinalável destas abordagens é o de
trazerem para a discussão, técnica e pública, as incertezas inerentes, designadamente, aos
15
processos de avaliação do desempenho e de identificação e quantificação de riscos
(PIMENTA, 2009).
Por várias razões históricas e algumas técnicas, a segurança das barragens no mundo tem sido
controlada por uma abordagem tradicional de engenharia baseada em normas de segurança
(ICOLD, 2005).
Por outro lado, as sociedades estão evoluindo e as suas populações estão se tornando cada vez
mais conscientes de que a segurança não é uma condição absoluta, mas sim uma situação
tolerável, com baixos níveis de risco residual sempre presentes. A demanda da sociedade que
os riscos sejam mantidos em revisão e propriamente controlados tem resultado na aplicação
da avaliação de risco sobre um largo espectro de atividades públicas e privadas com potencial
para afetar o bem estar e os interesses da comunidade (ICOLD, 2005).
Uma comparação entre essas abordagens pode ser verificada na Figura 2.9.
Figura 2.9: Perspectivas de (a) uma sociedade orientada para a segurança e (b) uma sociedade
orientada para o risco. Fonte: Adaptado de Rettemeier et al., 2002
Em 2010, a gestão de segurança de barragens no Brasil teve um avanço significativo com a
publicação da Lei 12.334, que Estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens, com
o objetivo, inclusive, de fomentar a cultura de segurança de barragens e gestão de riscos
(Brasil, 2010). Seus objetivos são:
I - garantir a observância de padrões de segurança de barragens de maneira a reduzir a
possibilidade de acidente e suas consequências;
16
II - regulamentar as ações de segurança a serem adotadas nas fases de planejamento, projeto,
construção, primeiro enchimento e primeiro vertimento, operação, desativação e de usos
futuros de barragens em todo o território nacional;
III - promover o monitoramento e o acompanhamento das ações de segurança empregadas
pelos responsáveis por barragens;
IV - criar condições para que se amplie o universo de controle de barragens pelo poder
público, com base na fiscalização, orientação e correção das ações de segurança;
V - coligir informações que subsidiem o gerenciamento da segurança de barragens pelos
governos;
VI - estabelecer conformidades de natureza técnica que permitam a avaliação da adequação
aos parâmetros estabelecidos pelo poder público;
VII - fomentar a cultura de segurança de barragens e gestão de riscos.
Apesar de ainda ser recente e não ter sido plenamente regulamentada até a presente data, esta
Lei representa um marco para o setor. Uma de suas principais funções é o estabelecimento das
competências e obrigações dos empreendedores e órgãos fiscalizadores. Este fato é
importante não somente por definir as respectivas responsabilidades, mas também por tornar
compartilhado o gerenciamento da segurança de barragens.
De acordo com Hartford e Baecher (2004), o gerenciamento do risco societal e do risco
comercial podem não estar sincronizados entre si, e a avaliação de riscos para segurança de
barragens envolve frequentemente esta difícil questão de equalizar esta competição de
interesses. O risco comercial envolve avaliações onde os beneficiários são os proprietários e
acionistas, ou ainda os pagadores de impostos. O risco societal normalmente envolve
avaliações de risco para o benefício da sociedade em geral. Contudo, podem existir situações
onde o segmento da sociedade que é afetado diretamente pelos riscos assumidos não recebe
nenhum tipo de benefício. Estas situações normalmente requerem considerações cuidadosas, o
que reforça a importância da participação dos órgãos fiscalizadores e da população no
processo de gestão da segurança de barragens.
O estímulo à participação social também é verificado na Lei 12.334, como verificado no
Artigo 4º:
17
II - a população deve ser informada e estimulada a participar, direta ou indiretamente, das
ações preventivas e emergenciais.
De acordo com a Lei, as barragens serão classificadas pelos agentes fiscalizadores, por
categoria de risco, por dano potencial associado e pelo seu volume, com base em critérios
gerais estabelecidos pelo Conselho Nacional de Recursos Hídricos (CNRH). A classificação
por categoria de risco em alto, médio ou baixo será feita em função das características
técnicas, do estado de conservação do empreendimento e do atendimento ao Plano de
Segurança da Barragem. A classificação por categoria de dano potencial associado à barragem
em alto, médio ou baixo será feita em função do potencial de perdas de vidas humanas e dos
impactos econômicos, sociais e ambientais decorrentes da ruptura da barragem.
Ressalta-se que o Brasil possui, atualmente, mais de 600 grandes barragens. Estima-se que
existam no país cerca de 300.000 barragens de todos os tipos e tamanhos (MENESCAL et al.,
2005a).
Enfim, para o êxito de uma estrutura tão complexa quanto uma barragem, que envolve
diversas incertezas, é necessária a elaboração de um bom projeto, que tenha uma relação
custo/benefício aceitável quando avaliadas todas as variáveis envolvidas - sociais, ambientais
e econômicas. Deve-se assegurar condições adequadas de construção, análise de
comportamento e manutenção, sustentando a eficiência, as condições de segurança e
mantendo o risco em um valor aceitável para a população exposta.
É importante também que todas essas etapas do gerenciamento de segurança de barragens
sejam acompanhadas por equipes multidisciplinares compostas por profissionais devidamente
habilitados e capacitados.
A Figura 2.10 apresenta uma relação genérica entre o risco de acidente imposto por uma
barragem e os investimentos realizados nas fases de projeto e construção. Percebe-se que o
risco diminui à medida que os gastos em projeto e construção aumentam, até um determinado
ponto onde o valor do risco torna-se estável, independente dos investimentos. Este ponto pode
ser considerado a condição ótima em relação aos gastos financeiros nas etapas de projeto e
construção, sendo que o risco remanescente é controlado por meio da identificação de falhas
(inspeções de campo / análise de instrumentação), adoção de medidas corretivas (manutenção
/ reforço da estrutura) e ações de resposta em situações críticas (Plano de Ação de Emergência
- PAE).
18
Esta condição, porém, nem sempre é verificada na prática, sendo afetada por motivos como
pressa para construção, pressão política ou contenção de recursos. Deste modo, eleva-se de
maneira substancial o risco remanescente e os gastos necessários na operação e manutenção
da estrutura. Nestes casos, cabe advertir que os elevados recursos necessários para as
atividades de operação e manutenção nem sempre estarão disponíveis para esta atividade,
podendo afetar a condição de segurança da barragem no futuro.
As atividades de gestão de riscos devem se constituir em um processo transparente de suporte
a boas decisões para o benefício da sociedade em geral (Caldeira, 2008).
Figura 2.10: Relação entre risco e investimentos em projeto e construção. Fonte: VII
Simpósio sobre Pequenas e Médias Centrais Hidrelétricas. Tema 31 - Segurança de Barragens
Fonte: Fusaro, 2012
2.3 Alguns acidentes envolvendo barragens
Este item apresenta alguns acidentes com rompimento de barragens, demonstrando que estes
eventos devem ser considerados com critério, apesar de não serem muito frequentes.
Muitas vezes o gerenciamento de riscos em barragens não é priorizado pelos gestores da
estrutura pelo fato destes assumirem que a probabilidade de ocorrência de acidentes é
relativamente baixa. Estas estatísticas, porém, são normalmente baseadas em dados históricos
da média de acidentes, e podem não representar a realidade de uma estrutura específica.
Outro aspecto importante relacionado aos acidentes é o seu potencial uso como forma de
conscientização das pessoas envolvidas com a gestão de segurança de barragens, alertando
que estes cenários podem ocorrer. Admitir a existência do risco e tratá-lo da maneira
19
adequada é uma ação fundamental para a implementação de uma cultura voltada para a
prevenção. Além destes fatores, a investigação das rupturas do passado representam uma
grande fonte de conhecimento para evitar novos acidentes.
Para se ter uma ideia da frequência destes eventos no Brasil, durante uma reunião técnica
realizada na ANA (Agência Nacional de Águas) em 2009, horas antes da tragédia do Piauí, na
barragem de Algodões, falou-se em 800 acidentes ou incidentes com barragens brasileiras nos
últimos oito anos. Ou seja, em média, a cada três ou quatro dias, uma barragem apresenta
problemas. A grande maioria sem divulgação na mídia nacional (SAYÃO, 2009).
Entre os acidentes apresentados neste item, destacam-se alguns mundiais de grande
repercussão, como as barragens de Vajont e Teton, na Europa e Estados Unidos,
respectivamente, e outras que ocorreram no Brasil. Todos os casos apresentados possuem uma
importância histórica significativa. Alguns casos descrevem falhas de comunicação e de
tomada de decisão, demonstrando as dificuldades relacionadas às ações durante situações
emergenciais e a importância dos PAE‟s de barragens.
2.3.1 Barragem de Orós – Ceará – 1960
Um dos maiores acidentes envolvendo barragens no Brasil ocorreu em Orós, no Ceará, como
mostra a Figura 2.11.
Figura 2.11: Rompimento da barragem de Orós. Fonte: Maestri, 2012
A barragem de Orós, no rio Jaguaribe, possui uma estrutura de terra semicircular com 54m de
altura e 620m de comprimento. O volume do reservatório é de aproximadamente 4.000hm³.
20
Estava em construção quando foi galgada por uma cheia em 25 de março de 1960, resultante
de chuvas de mais de 635mm precipitados em menos de uma semana.
Em 22 de março, com o aumento do nível d‟água, tentou-se elevar o aterro com equipamento
pesado, mas isso não foi suficiente e o galgamento era inevitável. Então, foi escavado um
canal no aterro à direita, onde se esperava que a erosão fosse mais lenta que no centro. Peças
metálicas foram lançadas no maciço, para tentar aumentar a resistência contra a passagem da
água. Como consequência do galgamento de 30cm sobre a crista, no dia 26, uma brecha de
200m de comprimento por 35m de altura se formou, descarregando uma cheia cujo pico
estimado chegou a 9.600m3/s. Cerca de 90% do reservatório foi esvaziado.
A evacuação de mais de 100.000 pessoas no vale do Jaguaribe foi iniciada no dia 22 de março
por forças do exército. Após o galgamento da barragem, alertas foram transmitidos via rádio a
todas as áreas em perigo. Panfletos foram distribuídos anunciando a catástrofe, já que muitas
pessoas não queriam deixar seus lares. A cidade de Jaguaribe, 75km a jusante, foi atingida em
aproximadamente 12 horas depois do início da ruptura. O número de vítimas atribuído a esse
acidente varia significativamente, embora algumas fontes apresentem números da ordem de
1.000 mortos (JANSEN, 1980)).
Apesar das importantes medidas que foram adotadas para reduzir os impactos decorrentes do
acidente, o número estimado de vítimas fatais demonstra a necessidade da realização de
trabalhos adequados de comunicação de risco com a população.
2.3.2 Barragem de Vajont – Itália – 1963
A barragem de Vajont, uma estrutura de concreto com uma altura de 265m, espessura de 3,4m
no topo e 22,7m na base, está associada a um dos maiores desastres envolvendo barragens já
registrado, apesar de não ter ocorrido a sua ruptura. O acidente consistiu no galgamento da
estrutura por uma onda enorme, provocada por um deslizamento de terra em seu reservatório,
durante a noite de 9 de outubro de 1963 (JANSEN, 1980).
O volume do reservatório era de 150hm3, enquanto que o volume de material deslizado da
margem esquerda da encosta foi de 240hm3. O movimento rápido desse material para dentro
do reservatório atingiu velocidades da ordem de 30m/s produzindo uma onda que galgou a
barragem com uma altura superior a 100m sobre a crista.
21
A inundação atingiu as vilas de Longarone, Pirago, Rivalta, Villanova, Faè e outras pequenas
no território de Erto e Casso. Não houve alerta e cerca de 2.600 pessoas perderam a vida. Em
Longarone, uma vila a menos de 2km de distância do local do acidente, mais de 1.260 pessoas
perderam a vida, o que correspondia a 94% de seus habitantes segundo o USBR (1999).
Figura 2.12: Vista parcial da cidade de Longarone antes e após o desastre. Fonte: CBDB,
2003
2.3.3 Barragem Teton – Estados Unidos – 1976
A ruptura da barragem Teton é um acidente bastante documentado, servindo como referência
para diversos estudos de melhoria das condições de segurança de outras estruturas. Conforme
apresentado no texto a seguir, este evento pode trazer aprendizado relacionado aos aspectos
construtivos, à instrumentação de barragens, à qualidade das inspeções visuais e plano de ação
de emergência.
A barragem Teton, de propriedade do Bureau of Reclamation dos Estados Unidos, rompeu em
5 de junho de 1976, durante o seu primeiro enchimento, quando o reservatório estava quase
cheio. A barragem, situada no rio Teton, no estado de Idaho, nos Estados Unidos, era de terra
com altura de 123m e volume do reservatório de 356hm3. O enchimento foi iniciado em 3 de
outubro de 1975 e continuou até o dia de sua ruptura em junho de 1976 (JANSEN, 1980).
Segundo Silveira (2014), nenhuma surgência ou outros sinais de aumento das infiltrações
tinha sido observado a jusante da barragem antes do dia 03 de junho de 1976. Nesse dia,
foram então observadas surgências com a saída de água limpa, aproximadamente 400 a 450m
a jusante da barragem. Essas infiltrações ocorriam através de juntas na rocha da ombreira
direita, com vazão estimada em 400 l/min. No dia seguinte (04/06/76) foi observada uma
pequena surgência nessa mesma ombreira, cerca de 60m a jusante do pé da barragem, com
vazão estimada em 80 l/min. Até essa data, não havia maiores preocupações com essas
22
surgências uma vez que a água apresentava-se limpa e o enchimento do reservatório estava
em andamento.
No dia 05 de junho, logo após as 7:00 horas da manhã, foi observado fluxo de água turva
escoando no talus da ombreira direita, com vazão estimada entre 600 e 800 l/s observando-se
também um pequeno veio de água turva na ombreira direita. Essas infiltrações ocorriam na
junção do aterro com a ombreira e ambas aumentaram consideravelmente nas três horas
seguintes. por volta das 10:30h uma grande infiltração, com cerca de 450 l/s, apareceu na face
do aterro. Essa infiltração aumentou progressivamente de modo expressivo aparentando estar
emergindo de um “túnel” com cerca de 2,0m de diâmetro, perpendicular ao eixo da barragem.
Esse túnel logo se transformou em um poço de erosão, desenvolvendo-se talude acima e
curvando-se em direção à ombreira direita.
Às 11:00h um vórtice apareceu no reservatório, nas proximidades da crista e, em seguida, às
11:30h, um pequeno sinkhole (sumidouro) apareceu do canal de erosão que se desenvolvia no
talude de jusante, nas proximidades da crista. Às 11:55h a crista da barragem começou a
romper-se, o que vem caracterizar a formação da brecha, localizada entre o vórtice a o canal
de erosão a jusante.
Desde o instante em que os primeiros observadores chegaram ao local da barragem e
constataram pela primeira vez as pequenas surgências com água turva, até o colapso da
barragem, o tempo decorrido foi de aproximadamente 5,0 horas. Julga-se que, entre o
aparecimento das primeiras manifestações superficiais da erosão interna, e o colapso da
barragem, o tempo decorrido não passou de 15 horas.
Este acidente implicou nas mortes de 14 pessoas e em danos materiais avaliados entre 400
milhões e 1 bilhão de dólares.
Com relação à instrumentação da barragem Teton, cabe observar que, apesar de sua grande
altura e utilização de silte de origem eólica como aterro compactado na construção do corpo
da barragem, material este altamente susceptível ao piping, não foi incorporado qualquer tipo
de instrumentação, a não ser alguns marcos de deslocamento superficial. Mesmo na fundação
da barragem, não havia qualquer tipo de instrumentação.
A junta de nove consultores que analisaram as causas do acidente de Teton destacaram, entre
outras coisas, que os vigilantes responsáveis pelas observações visuais deveriam estar
munidos com um manual de instruções de operação, para orientá-los em suas inspeções de
23
rotina. Essas pessoas deveriam ter sido treinadas para interpretar condições potencialmente
adversas, objetivando relatar prontamente qualquer condição anômala (SILVEIRA, 2014).
Apesar da rápida evolução do acidente, os indícios de mal comportamento observados nos
dias 03 e 04/06/1976 poderiam ser suficientes para o estabelecimento de um nível de atenção
ou alerta relacionado à segurança da barragem, favorecendo um processo de remoção das
pessoas localizadas em áreas de risco.
A Figura 2.13 apresenta uma sequencia de fotos do processo de ruptura da barragem Teton.
Figura 2.13: Parte de uma série de fotos da ruptura de Teton e foto do local após o desastre
(SYLVESTER, 2007)
2.3.4 Barragens de Euclides da Cunha e Limoeiro – Brasil – 1977
Este acidente ocorrido na barragem de Euclides da Cunha chama a atenção para os fenômenos
de ruptura em cascata, demonstrando que as avaliações de risco devem contemplar todas os
barramentos inseridos na respectiva bacia hidrográfica. Reforça também a importância de
manter os sistemas de comunicação em pleno funcionamento, além da necessidade de realizar
testes regulares nas estruturas extravasoras.
Segundo Balbi (2008), as duas barragens de terra, Euclides da Cunha e Limoeiro, no rio
Pardo, estado de São Paulo, romperam por galgamento no dia 19 de janeiro de 1977. As fortes
chuvas que se precipitavam sobre a bacia de drenagem da barragem de Euclides da Cunha
geraram uma cheia próxima à de projeto. Um problema de falha de comunicação entre o
funcionário local dessa barragem e o centro de operação responsável pela abertura das
24
comportas, associado ao mau funcionamento dos extravasores no momento de abri-los,
permitiu o galgamento da crista da barragem.
Uma lâmina de 1,2m passou por cima da barragem durante um período de 4 horas. A brecha
começou na ombreira direita provocando a sua ruptura e, na sequência da cascata, a ruptura da
barragem de Limoeiro (SINGH, 1996 citado por BRASIL, 2005).
O acidente causou apenas danos materiais, sem registro de perdas de vidas humanas, mas
estimou-se que foram atingidas cerca de 4.000 casas.
Figura 2.14: Barragem Euclides da Cunha - Situação do maciço após ruptura por galgamento
(1977). 1 - Galeria do Cut off. Fonte: Cardia, 2007.
2.3.5 Barragem de rejeito da Rio Verde – Brasil – 2001
Segundo Brasil (2005), a barragem de rejeitos da mineração Rio Verde localiza-se no distrito
de São Sebastião das Águas Claras, município de Nova Lima, região metropolitana de Belo
Horizonte. No dia 22 de junho de 2001 o talude da barragem rompeu, formando uma onda de
cheia que se estendeu por mais de 6 km a jusante, matando 5 trabalhadores da mineração.
A vegetação a jusante foi coberta por vários metros de lama. Postes da rede elétrica foram
atingidos e uma adutora de água da COPASA (Companhia de Saneamento de Minas Gerais)
rompeu. Além disso, a estrada que liga a BR-040 ao município de São Sebastião das Águas
Claras foi interditada após o acidente, devido à lama e rejeitos de minério que se acumularam
no local. A Figura 2.15 mostra uma vista aérea do local após o rompimento.
25
Figura 2.15: Vista aérea da Barragem da Mineração Rio Verde. Fonte: Precisão Consultoria,
2014.
Este acidente levou a Fundação Estadual do Meio Ambiente (FEAM) a desenvolver um
Programa de Segurança de Barragens para o Estado de Minas Gerais, iniciado em 2002,
visando reduzir o risco de danos ambientais em decorrência de acidentes nestas estruturas.
Segundo Espósito e Duarte (2010), teve início um levantamento do número e do tipo de
barragens existentes nas indústrias e nas minerações do Estado. Esse trabalho vem sendo
realizado, tendo em vista o cadastramento e a classificação das barragens, seguindo
parâmetros da Deliberação Normativa DN 62 (COPAM, 2002), que foi alterada pela DN 87
(COPAM, 2005) e pela DN 113 (COPAM, 2007). A classificação indicada, nessas
deliberações, estabelece classes de potencial de dano ambiental (I, II e III), estimando as
consequências em relação ao dano ambiental, em caso de uma ruptura. De acordo com essa
classificação, devem ocorrer auditorias técnicas periódicas em prazos de um, dois ou três
anos, para as barragens classificadas como III, II e I, respectivamente. Essas auditorias são
realizadas por consultor externo ao quadro de funcionários da empresa. Os relatórios dessas
auditorias têm como objetivos conhecer as condições físicas e estruturais das barragens e
atestar se as mesmas apresentam condições de estabilidade. Caso não apresentem, o relatório
deve conter um plano de ações, com prazo para implantação de melhorias, a fim de corrigir as
falhas e garantir a estabilidade das estruturas.
2.3.6 Barragem de rejeito da indústria de papel Rio Pomba-Cataguases – Brasil - 2003
O acidente ocorrido em 2001 com a barragem de rejeitos da mineração Rio Verde, e
principalmente o acidente ocorrido em Cataguases/MG, em 2003, têm uma grande
importância histórica para a gestão de segurança de barragens no Brasil, sendo o ponto de
26
partida de discussões que levaram à proposição do Projeto de Lei 1.181, no dia 03 de junho de
2003, e posteriormente, à a publicação da Lei 12.334, no dia 20 de setembro de 2010
(BRASIL, 2003).
A barragem da Cataguases, localizada no município de Cataguases (MG), rompeu no dia 29
de março de 2003. A ruptura despejou no ribeirão do Cágado cerca de 400 milhões de litros
de lixívia negra (resíduo gerado no processo de beneficiamento do papel), segundo
informações da própria empresa (FLORESTAL CATAGUAZES, 2014).
A lixívia, que possui uma carga orgânica muito elevada, além de pH alto, contaminou o rio
Pomba e o rio Paraíba do Sul. Segundo Huamany (2003), o fornecimento de água foi
interrompido em oito municípios dos estados de Minas Gerais e Rio de Janeiro, fazendo
com que mais de 500 mil pessoas ficassem sem água por quase duas semanas. Apesar
dos significativos impactos ambientais e sociais, não houve vítimas fatais decorrentes deste
acidente.
Os prejuízos materiais e ambientais foram enormes, provavelmente muito além dos R$50
milhões da multa aplicada pelo IBAMA à empresa Cataguases (BRASIL, 2003).
Entre as causas que levaram ao rompimento da estrutura estão falhas ou ausência de
manutenção, além da inexistência de um responsável técnico pela estrutura.
A Figura 2.16 mostra a barragem rompida e um trecho afetado do ribeirão do Cágado,
enquanto a Figura 2.17 mostra a mancha de contaminação formada na Bahia de Guanabara.
Figura 2.16: Imagem aérea da barragem de Cataguases e do ribeirão do Cágado, após a
ruptura. Fonte: Vianna, 2012.
27
Figura 2.17: Contaminação da Bahia de Guanabara em decorrência do acidente. Fonte:
Vianna, 2012.
2.3.7 Barragem de Camará – Brasil – 2004
O acidente ocorrido na barragem de Camará é um dos mais graves relacionado ao setor
elétrico brasileiro.
Normalmente considera-se que as barragens de usinas hidrelétricas apresentam condições de
segurança melhores que as barragens construídas para outras atividades, em decorrência de
fatores como a durabilidade esperada para a obra, ao porte dos reservatórios, uso significativo
de equipamentos de instrumentação, realização de campanhas de inspeção e manutenção,
entre outros, o que pode ser justificado pelo fato da barragem ser um ativo de importância
fundamental para o negócio dos empreendedores.
Apesar destas constatações, o acidente ocorrido em Camará, assim como o de Euclides da
Cunha, demonstram que estes eventos também têm afetado o setor de geração de energia.
A barragem de Camará foi construída entre os anos de 2000 e 2002, em concreto compactado
com rolo, com altura de 50 metros e comprimento da crista de 296 metros. O seu reservatório
tinha capacidade de 26,5 hm3. Localizava-se na Paraíba, a cerca de 150 quilômetros da capital
João Pessoa (BALBI, 2008).
No dia 17 de junho de 2004, a barragem apresentou problemas na rocha de fundação da
ombreira esquerda, abrindo um orifício que propiciou o esvaziamento do seu reservatório.
Onze dias depois, a parte remanescente sobre o orifício também ruiu. A Figura 3.15 indica o
local da abertura no corpo da barragem. No momento da ruptura, o reservatório liberou para
jusante cerca de 17 hm³ (MENESCAL et al., 2005a). Kanji (2004) afirma que a causa
fundamental para a ruptura da barragem foi uma falha geológica existente na ombreira que
28
não foi devidamente tratada durante a construção. A Figura 2.18 apresenta aspectos da ruptura
da fundação.
A onda de cheia gerada provocou 6 mortes, mais de 3.000 desabrigados e destruiu centenas de
casas nas cidades de Mulungu e Alagoa Grande. O centro urbano de Alagoa Grande ficou
isolado, sem energia e sem comunicação. As pontes sobre mananciais que cercam a cidade e a
ligam com cidades maiores foram completamente danificadas, impedindo que a população
local recebesse o primeiro atendimento de socorro por parte dos órgãos de emergência. Não
havia sido constituída uma Defesa Civil municipal até então, e as ações oficiais de evacuação
falharam. “A ausência de medidas preventivas foi tão prejudicial como a demora e
insuficiência das ações públicas de reabilitação e reconstrução nos municípios afetados,
prevalecendo as formas de ação altruístas, as solidariedades extrafamiliares” (VALENCIO,
2006, citado por BALBI, 2008).
Segundo Balbi (2008), o relatório apresentado pela Universidade Federal da Paraíba aos
Ministérios Públicos Federal e Estadual (BARBOSA et al., 2004) concluiu que “a Barragem
de Camará não foi construída segundo os bons princípios da engenharia, tão pouco foi
considerada após sua entrega como uma obra importante que deveria ser acompanhada no seu
primeiro enchimento”. Segundo o relatório, embora a barragem tenha sido entregue em 2002,
o seu primeiro enchimento só foi concluído com as chuvas de janeiro de 2004, quando “o
doente começou a dar sinais mais fortes de sua doença, e o proprietário não foi ágil o
suficiente para bloquear a propagação do mal” (BARBOSA et al., 2004). O documento ainda
mostra que teria sido possível baixar o nível do lago para a cota de segurança, se decisões
houvessem sido tomadas neste sentido, com uma certa antecedência em relação ao dia da
tragédia.
Figura 2.18: Aspecto da ruptura da fundação da barragem, vista de jusante. Fonte: Kanji,
2004.
29
2.3.8 Barragem de rejeito de Miraí – Brasil – 2007
O rompimento por galgamento da barragem São Francisco, de propriedade da Mineração Rio
Pomba, que ocorreu às 3:30 horas do dia 10 de janeiro de 2007, na cidade de Miraí, no estado
de Minas Gerais, despejando mais de 2 hm3 de rejeito do processo de beneficiamento da
bauxita no rio Fubá, demonstra a importância da emissão de um alerta antecipado para a
preservação de vidas no vale a jusante.
A descarga de rejeito atingiu mais de 300 residências, porém não houve vítimas fatais. As
autoridades municipais atuaram alertando a população com o auxílio de viaturas com sirene.
A prefeitura disponibilizou ônibus para auxiliar na evacuação, que foi iniciada pelo bairro que
seria atingido primeiro. No total, 765 moradores ficaram desalojados em Miraí. Este rejeito,
que era composto principalmente por água e argila e não era tóxico, afetou o abastecimento de
água de inúmeras cidades a jusante (ESTADO DE MINAS, 11/01/2007).
A Figura 2.19 apresenta uma vista aérea da área inundada em Miraí.
Figura 2.19: Vista da área inundada em Miraí Fonte: Menescal, 2007.
2.3.9 Barragens de Algodões I – Brasil – 2009 (Portal de notícias 180 graus)
O rompimento da barragem de Algodões, que ocasionou 9 mortes, demonstra como pode ser
delicado o processo de tomada de decisão durante situações críticas, reforçando a importância
e a responsabilidade das ações relacionada aos PAE's de barragens. As informações deste
acidente foram retiradas de matéria publicada no dia 15/06/2009, pelo Portal de Notícias 180
graus.
30
A barragem de Algodões I, localizada em Cocal, no Piauí, foi projetada em 1994 e executada
a partir de 1995 pelo DNOCS (Departamento Nacional de Obras Contra as Secas) e
COMDEPI, hoje IDEPI (Instituto de Desenvolvimento do Piauí). A obra custou R$ 51
milhões e teve como propósito fazer o barramento das águas do rio Piranji, na altura do
município de Cocal, visando a perenização do rio, controle de cheias, abastecimento humano,
irrigação de áreas agricultáveis, o estímulo à criação de peixes e utilização para turismo e
lazer. A barragem foi inaugurada em 2001.
Moradores próximos à Barragem Algodões I sempre temeram o rompimento, que eles
chamam de "estouro". A EMGERPI (Empresa de Gestão de Recursos do Piauí) admitiu que
há pelo menos um ano a barragem Algodões I apresentava fissuras e recebia reforço com
injeção de cimento para conter o vazamento d'água pelas paredes da barragem.
A situação levou o governo do Piauí a contratar, uma empresa de consultoria para avaliar a
obra. A empresa entregou no dia 19 de abril um pré-projeto à EMGERPI, sugerindo a
reconstrução inteira do maciço de terra, com adição de argila.
Mesmo diante da avaliação da empresa de consultoria e do volume de chuva que caia na
região, obras de emergência continuaram a ser feitas para sustentação. A última delas,
segundo a presidente da EMGERPI, foi feita no começo de maio, com o reforço do dique a 6
metros de profundidade e o início de construção de uma nova estrada de acesso, que serve
também para amparar a estrutura. Cerca de 20 dias antes do rompimento, a empresa de
consultoria sugeriu ainda retirar os moradores da área e quebrar 2 metros do sangradouro da
barragem, para liberar o excesso de água, o que não foi feito. Um outro engenheiro, consultor
do Governo do Estado do Piauí, garantiu que a barragem não iria romper. Apenas a rampa
cairia, mas as paredes da barragem, de 40 metros de altura, não.
No dia 14 de maio de 2009, surgiu a primeira possibilidade real de rompimento da barragem.
Mandaram retirar as famílias, colocadas em escolas e improvisadas nas casas de parentes e
amigos dentro da zona urbana de Cocal. A ordem era para deixarem as localidades rurais
próximas às águas da barragem. No entanto, no dia 25 de maio, uma reunião definiu a volta
das famílias. Diz o documento que saiu desta reunião, que é „Ata de reunião da comissão
mista da operação de socorro na cidade de Cocal‟: “Feita a abertura dos trabalhos da comissão
pela presidente da EMGERPI, a mesma apresentou o engenheiro consultor do Governo do
Estado do Piauí, que relatou que não existe em hipótese alguma a possibilidade de
31
rompimento da barragem. As populações já podem retornar para as suas residências”.
Prontamente, as famílias atenderam à determinação.
Em 27 de maio de 2009 ocorreu o rompimento da barragem de Algodões, que arrastou casas,
animais e moradores. Oficialmente, nove pessoas morreram. Em menos de uma hora, quase
50 bilhões de litros d'água desapareceram do reservatório. Plantações inteiras foram
destruídas e casas foram arrastadas pela água, cuja onda chegou a cerca de 10 metros de altura
com velocidade de 80 km/h. Pelo menos 3 mil pessoas ficaram desalojadas ou desabrigadas,
segundo balanço da Defesa Civil.
Figura 2.20: Rompimento da barragem de Algodões I. Fonte: Portal de notícias 180 Graus,
2009.
2.3.10 Barragem de rejeito da Herculano Mineração – Brasil – 2014
O recente acidente que ocorreu em Itabirito/MG, no dia 10/09/2014, com o rompimento de
uma barragem de rejeitos de minério de ferro da Herculano Mineração, causou a morte de três
funcionários da empresa além de grandes impactos ambientais.
Este fato demonstra que, apesar dos avanços que ocorreram em relação à legislação de
segurança de barragens no Brasil, ainda existem muitos desafios a serem vencidos neste setor.
A Figura 2.21 ilustra o momento em que militares do Corpo de Bombeiros realizam a busca
das vítimas deste acidente.
32
Figura 2.21: Busca de vítimas após o rompimento da barragem da Herculano Mineração.
Fonte: Jornal O Tempo, 2014
2.4 Análise de riscos
A análise de riscos consiste basicamente no uso sistemático de informações disponíveis para
determinar a frequência que eventos específicos podem ocorrer e a magnitude de suas
consequências. A quantificação do risco é considerada uma das etapas mais complexas do
processo de gerenciamento de riscos, já que pode envolver uma grande quantidade de
variáveis de acordo com o grau de precisão desejado, além de incertezas.
Segundo Melo (2014), tanto as análises qualitativas quanto as quantitativas, de aplicações
recentes em barragens, apresentam limitações importantes. Enquanto as qualitativas tendem a
ser subjetivas, as quantitativas ainda apresentam-se de aplicação restrita na área de barragens
em virtude da dificuldade na caracterização analítica das incertezas envolvidas no processo.
Pardo (2009) enfatiza que, na engenharia geotécnica, nenhuma das duas abordagens pode ser
considerada totalmente adequada, pois não conseguem modelar a realidade por completo.
De acordo com Hartford e Baecher (2004), o processo de análise de risco geralmente envolve
as seguintes atividades:
Definição de escopo;
Identificação e definição de carregamentos e perigos;
Análises probabilísticas dos riscos e carregamentos;
Identificação dos modos de falha;
33
Resposta da barragem e análise da probabilidade de falha;
Estimativa das consequências correspondentes a cada evento de falha;
Estimativa do risco;
Análises de incertezas e sensitividade;
Documentação;
Análise de especialistas e/ou verificação (se possível);
Atualização da análise (se necessário).
Existem diversas metodologias de Análise de Risco descritas na literatura, tais como:
Análise dos Modos de Falha e seus Efeitos (FMEA);
Análise por Árvore de Eventos (ETA);
Análise Árvore por Falhas (FTA);
Diagramas de Localização, Causa e Indicadores de Falhas (LCI);
Índices de Risco;
Estudos de Perigo e Operabilidade (HAZOP);
Simulação de Monte Carlo, entre outras.
As metodologias FMEA e ETA, que serão utilizadas no decorrer deste trabalho, são descritas
a seguir.
2.4.1 FMEA - Failure Mode and Effects Analysis (Análise dos modos de falhas e efeitos)
A análise dos modos de falhas e efeitos - FMEA é uma forma de análise de confiabilidade que
é usada para o mapeamento das consequências de eventos específicos que podem ocorrer
durante a operação de um sistema de engenharia, e para identificar e priorizar as ações
necessárias (HARTFORD e BAECHER, 2004).
34
Segundo Petronilho (2010), a análise FMEA é considerada uma das primeiras técnicas
sistemáticas para a análise de falhas. O método teve sua origem em 1949, na norma Military
Standard Mil-STD-1629 – Procedures for performing a Failure mode, Effect and Criticality
Analyses, desenvolvida pelo exército norte-americano.
Fora do âmbito militar, as aplicações mais antigas remontam aos anos 60, na indústria
aeronáutica (INERIS, 2003). Atualmente tem sido utilizada em diversos setores como as
indústrias química, petrolífera, nuclear e automobilística e contam já com algumas aplicações
práticas no domínio das barragens.
A técnica foi desenvolvida originalmente para projetos, mas encontrou aplicações na análise
do potencial de falha de sistemas existentes. Seu uso não fica restrito a sistemas de engenharia
e já vem sendo aplicado em diversas áreas de atividades sociais, sendo a saúde um exemplo
(HARTFORD e BAECHER, 2004).
A FMEA é um método de apoio a análises de risco qualitativas, extensível a análises
semiquantitativas com a incorporação da criticalidade, por intermédio de escalas de
probabilidade de ocorrência das falhas e de severidade dos efeito. As análises
semiquantitativas são geralmente denominadas FMECA (Análise dos modos de falha, efeitos
e criticalidade). Trata-se de uma avaliação indutiva e descritiva que promove, sem recorrer a
formulações matemáticas, o conhecimento fundamentado da importância dos vários riscos
através do raciocínio sistemático e lógico (PIMENTA, 2009).
À exemplo de Melo (2014), nesta dissertação a metodologia FMEA/FMECA será referida
simplesmente como FMEA.
O método permite: (1) avaliar os efeitos e sequência de acontecimentos decorrentes de cada
modo de falha, (2) determinar a importância de cada modo de falha, (3) avaliar o impacto
sobre a confiabilidade e segurança do sistema considerado e, por fim, (4) classificar os modos
de falhas estudados. Tem como objetivo a eliminação ou controle de todos os modos de falha
de um sistema que possam colocar em risco seu funcionamento (CALDEIRA, 2008).
Segundo Melo (2014), a decomposição do sistema em itens é a primeira etapa fundamental do
processo e condiciona a análise subsequente. Cada elemento deve ter sua função explicitada.
O modo de falha pode ser definido como a maneira com que o item (sistema, subsistema ou
componente) falha ou deixa de apresentar a função desejada ou esperada. Pode ser expresso
como uma negativa da função que lhe é atribuída. Já o efeito relaciona-se com os resultados
35
produzidos quando o modo de falha ocorre, ou seja, suas consequências. Pode ser decomposto
em efeitos locais (no próprio elemento), próximos (em outros elementos) ou finais (no
sistema).
Igualmente importante é o conhecimento das soluções de projeto e dos respectivos critérios de
dimensionamento, das especificações construtivas e de alterações em fase de construção,
assim como das regras de operação e de segurança que pautam a exploração do sistema
(CALDEIRA, 2008).
De acordo com Melo (2014) em relação à implementação do método, existe uma grande
variedade de layouts dos formulários de FMEA acessíveis na literatura, não existindo uma
padronização. São usualmente apresentados de forma tabular. Geralmente, tais formulários
abordam os seguintes itens:
Identificação do sistema;
Identificação dos subsistemas, componentes (ou elementos);
Descrição da função dos componentes;
Modo de falha;
Efeito;
Causa;
Controle;
Índice de ocorrência (O) = probabilidade da falha ocorrer;
Índice de severidade (S) = impacto ou gravidade dos efeitos da falha;
Índice de detecção (D) = eficiência (ou probabilidade) dos controles de detecção da falha;
Número de prioridade de risco (NPR ou RPN – Risk Priority Number) = produto dos
índices de ocorrência, severidade e detecção.
As avaliações dos índices por classes e escalas numéricas são feitas de acordo com critérios
previamente definidos. Cada autor utiliza uma classificação própria para pontuar os índices,
existindo, portanto, uma gama enorme de diferentes tabelas. O ideal é que cada autor, ou
empresa, tenha os seus próprios critérios adaptados à sua realidade específica. No caso da
engenharia de barragens brasileira, a aplicação do FMEA em barragens de contenção de
rejeitos já conta com alguns anos de experiência, mas no setor elétrico não é prática corrente.
36
Assim sendo, apresenta-se, na Tabela 2.2, um modelo de tabela para classificação dos índices
de severidade, ocorrência e detecção, aplicada no setor de mineração.
Tabela 2.2: Descrições de incertezas
Fonte: ESPÓSITO e PALMIER, 2013
A severidade também pode ser ponderada e avaliada levando-se em consideração diferentes
aspectos, como os efeitos em pessoas, meio ambiente, saúde e segurança. A Tabela 2.3
apresenta um arranjo para definição da severidade.
Tabela 2.3: Severidade (S) avaliada sobre diferentes aspectos
Fonte: Melo, 2014
37
A priorização ou ordenação dos modos de falha pode ser realizada por duas formas: pelo
índice de criticalidade (expresso pelo produto da ocorrência e severidade) ou pelo NPR. No
primeiro caso é mais usual a representação por matrizes bidimensionais, gerando a matriz de
risco ou criticalidade. Um exemplo é apresentado na Figura 2.22, onde os eventos expostos
são apenas ilustrativos, e cada número representa um respectivo modo de falha. A quantidade
de classes e suas denominações variam de acordo com o autor. Cada modo de falha, por meio
da sua identificação, deve ser plotado nas células da matriz de risco (MELO, 2014).
Figura 2.22: Matriz de risco para elementos críticos da barragem de Três Marias. Fonte: Melo,
2014.
Enquanto a representação gráfica favorece a visualização dos modos de falhas em função da
probabilidade de ocorrência e da consequência, o NPR permite considerar o Índice de
Detecção. Cabe ressaltar que o Índice de Detecção pode ser muito representativo para a
segurança de barragens, já que alguns modos de falha podem não ser evidentes.
Segundo Hartford e Baecher (2004), uma limitação associada a estes métodos é a dificuldade
de análise de redundâncias, uma vez que modos de falha de componentes individuais podem
não resultar em efeitos observáveis no sistema ou determinados estados limite de alguns
subsistemas podem não ter impacto no sistema global.
Um outro aspecto que poderá constituir uma limitação é o tratamento isolado dos estados
limite de cada subsistema, não considerando efeitos combinados de estados limite
simultâneos, do mesmo subsistema ou de diferentes subsistemas. A materialização de alguns
38
estados limite (ex.: perda de estabilidade global) pode implicar a análise conjunta de vários
subsistemas (núcleo e maciços estabilizadores ou corpo da barragem e fundação) (PIMENTA,
2009).
A FMEA, que é um registro, deve ser sempre revisada e atualizada, visando um processo de
melhoria contínua. De acordo com Hartford e Baecher (2004), pode ser utilizada tanto como
um método único, como pode ser considerada um precursor para uma análise mais detalhada
por árvores de eventos ou de falhas.
Cabe destacar que a FMEA é uma metodologia versátil, transparente e eficiente, sendo uma
ferramenta bastante aceita e difundida entre os profissionais da área de análise de risco.
2.4.2 ETA - Event Tree Analysis (Análise por árvore de eventos)
Segundo Ladeira (2007), a análise por árvore de eventos é um método indutivo, que procura
estabelecer relações entre eventos, a partir de um evento iniciador. Ele foi desenvolvido no
início da década de 1970 em apoio a implementação de análises de riscos em centrais
nucleares. Atualmente é utilizado nas mais diversas áreas técnico-científicas.
Este método pode ser tratado sob todas as formas de análises, seja qualitativa,
semiquantitativa ou quantitativa, sendo usualmente associada à natureza quantitativa.
A árvore de eventos, geralmente utilizada para barragens, refere-se a modelos de sistemas
físicos. São construções gráficas, dispostas em ordem cronológica (da esquerda para direita),
onde se inicia a análise a partir de um perigo, ou evento iniciador, passando sucessivamente
para a sequência lógica de ocorrência do evento e podendo culminar no efeito final. Cada
ramo da árvore estratifica-se, binariamente, em dois ramos, representando uma situação de
sucesso e outra de falha. O nó representa uma transição de estado do sistema. Quando
utilizada na forma quantitativa (ou semiquantitativa) são explicitadas as probabilidades de
ocorrência de cada sequência. O único requisito para o resultado das probabilidades dos
eventos é que esses sejam mutuamente exclusivos, ou seja, quando a ocorrência de um desses
eventos exclui a possibilidade de ocorrência dos outros, e coletivamente exaustivos, que
significa que a união desses eventos equivale à população ou espaço amostral (MELO, 2014).
Um dos pressupostos é a necessidade de se identificarem os subsistemas que compõem os
ramos, mas que não têm dependência, enquanto dentro dos ramos, é necessário identificar a
39
sequência lógica entre os eventos até a possível ocorrência da falha em cada ramo
(LADEIRA, 2007).
As figuras 2.23 e 2.24 apresentam, respectivamente, os conceitos utilizados para a construção
das Árvores de Eventos e um exemplo de aplicação prática do método.
Figura 2.23: Características das Árvores de Eventos. Fonte: Ladeira, 2007, adaptado de
Hartford e Baecher, 2004
Figura 2.24: Exemplo de Árvore de Eventos para o evento inicial de abalo sísmico. Fonte:
Ladeira, 2007, adaptado de Hartford e Baecher, 2004
40
Bier (1997), citado por Perini (2009), ressalta que a ETA desempenham bem o papel de
mostrar a ordem dos eventos, bem como as dependências entre eles. É considerada uma forma
muito útil que facilita a comunicação sobre as hipóteses feitas no modelo de risco. Contudo,
em função de apresentar várias combinações dos sucessos e das falhas de seus subsistemas, os
modelos rapidamente se tornam muito grandes, com inúmeras sequências.
Sobre o método, Hartford e Baecher (2004), ressaltam que a falta de base teórica pode
significar que as construções (das árvores) sejam difíceis, se não impossíveis, para alguns
modos de falha, de serem desenvolvidas corretamente no tempo presente. Todavia, isso não
quer dizer que a ETA não seja útil para avaliação de risco em barragens, mesmo porque
fornecem uma estrutura altamente intuitiva, além do que os demais métodos também estão
sujeitos, se não mais, à falta de uma base teórica rigorosa.
Ainda segundo Hartford e Baecher (2004), a ETA é utilizada, em última análise, para embasar
processos de decisão, explicando como uma barragem pode se comportar. Ela adiciona
considerações que no passado não eram ponderadas formalmente: as probabilidades
associadas a vários modelos de comportamento e suas consequências para a barragem e para o
vale a jusante, que podem ser avaliadas à medida que o fenômeno ocorre. Abordada a partir
dessa perspectiva, árvores de eventos são uma ferramenta de diagnóstico; elas não têm a
intenção de gerar números por si só, mas de fazer inferências sobre como uma barragem pode
se comportar quando sujeita às condições de operação.
2.5 Planos de ação de emergência
Considerando que as barragens são estruturas que induzem riscos e têm potencial para causar
acidentes, são desenvolvidos Planos de Ação de Emergência visando preparar os
empreendedores, órgãos fiscalizadores, organismos de defesa civil e a população do vale a
jusante para o enfrentamento de situações críticas relacionadas à barragem.
Até mesmo pessoas leigas na área de segurança de barragens podem perceber a importância
estratégica deste tema para o Brasil, avaliando, por exemplo, as consequências de um cenário
hipotético com a ruptura em cascata de barragens numa bacia hidrográfica como a do rio
Paraná, que além de grandes reservatórios possui cerca de 60% da capacidade hidrelétrica
instalada no País.
41
O fator tempo pode ser considerado o maior desafio do PAE, sendo que uma resposta rápida,
eficiente e organizada é primordial para alcançar os objetivos propostos. Neste contexto, o
PAE busca pré-estabelecer um fluxo de ações a serem desempenhadas pelos diversos atores
envolvidos neste tipo de cenário, assim como a infraestrutura necessária, visando reduzir a
probabilidade de ocorrência de acidentes e os seus respectivos impactos sociais, ambientais e
econômicos. Caso o acidente ou evento crítico seja inevitável, deseja-se ao menos reduzir as
suas consequências, evitando, principalmente, a perda de vidas humanas.
Segundo Balbi (2008), é conveniente que sejam elaborados dois PAEs distintos, porém
integrados. Um interno, chamado Plano de Emergência da Barragem, com elementos de
detecção, avaliação e classificação de ocorrências excepcionais, de notificação, de definição
de responsabilidades, de planejamento de ações e de mapeamento de áreas de risco a jusante,
cuja responsabilidade é do proprietário. Outro externo, chamado Plano de Emergência
Externo do município, mais focado em elementos ligados à prontidão, ao alerta à população e
ao processo de evacuação, onde as ações são de responsabilidade das autoridades locais. Este
sistema é utilizado em alguns países, como Portugal.
O histórico de acidentes demonstra que quando existe um alerta anterior a um rompimento de
barragem, o número de vítimas reduz de maneira bastante significativa.
Segundo Viseu et al. (2011), no que diz respeito aos vales a jusante de barragens, verifica-se
que a noção de risco se refere a uma dupla realidade: por um lado alude ao risco de ruptura de
uma barragem (que se relaciona com a segurança da barragem e a análise de risco associado à
barragem) e, por outro, ao risco em que incorrem os vales a jusante da mesma, pelo fato desta
poder eventualmente colapsar (que se relaciona com as consequências da ruptura e a análise
do risco no vale a jusante de barragens).
A identificação dos fatores de risco associados à barragem é a primeira etapa da análise,
sendo um processo qualitativo e tão sistemático quanto possível, que consiste na
caracterização dos eventos e das condições que podem estar na origem da ruptura de uma
barragem. Esta fase é regida pela tentativa de resposta à pergunta: "o que pode originar uma
ruptura?".
Já a determinação da probabilidade de ocorrência dos diversos eventos que provoquem a
deterioração da barragem é regida pela tentativa de resposta à pergunta: "quão prováveis são
os modos de ruptura?".
42
A análise do risco no vale a jusante pode ser completamente independente da análise do risco
associado à barragem. Esta análise do risco visa a determinação das consequências da ruptura
de uma barragem, sendo regida pela tentativa de resposta à pergunta: "o que poderia
acontecer, caso ocorresse a ruptura (avaliação de danos e consequências)?". Ressalta-se que,
em rigor, as consequências também estão sujeitas a incertezas e a probabilidades de
ocorrência.
Uma avaliação exaustiva do risco implica responder de forma clara as três perguntas
colocadas acima, permitindo estimar uma medida quantitativa do risco efetivo (VISEU et al.,
2011).
O PAE é tratado na Lei 12.334/2010, que apresenta o seguinte texto (BRASIL, 2010):
Art 12. O PAE estabelecerá as ações a serem executadas pelo empreendedor da barragem em
caso de situação de emergência, bem como identificará os agentes a serem notificados dessa
ocorrência, devendo contemplar, pelo menos:
I - identificação e análise das possíveis situações de emergência;
II - procedimentos para identificação e notificação de mau funcionamento ou de condições
potenciais de ruptura da barragem;
III - procedimentos preventivos e corretivos a serem adotados em situações de emergência,
com indicação do responsável pela ação;
IV - estratégia e meio de divulgação e alerta para as comunidades potencialmente afetadas
em situação de emergência.
Parágrafo único. O PAE deve estar disponível no empreendimento e nas prefeituras
envolvidas, bem como ser encaminhado às autoridades competentes e aos organismos de
defesa civil.
Segundo uma minuta do Guia de Orientação e Formulários dos Planos de Ação de
Emergência, publicada pela ANA no dia 18/05/2015 para consulta pública, o PAE é um
documento que deve ser adaptado à fase de vida da obra, às circunstâncias de operação e às
suas condições de segurança. É, por isso, um documento datado que deve ser periodicamente
revisado, nomeadamente sempre que haja lugar a alterações dos dados dos intervenientes e,
ainda, na sequência da realização de exercícios de teste ou da ocorrência de situações de
43
emergência, que justifiquem alterações ao plano. A revisão e atualização do PAE é da
responsabilidade do Empreendedor.
Uma das principais ferramentas utilizadas no PAE são os mapas de inundação, que
representam o alcance da onda de cheia gerada em decorrência de rupturas hipotéticas de
barragens.
Estas simulações de cheias induzidas pela ruptura são realizadas por meio de modelos
hidrodinâmicos, que obrigam, na prática, a modelagem não só do processo de propagação da
cheia ao longo do vale a jusante como ainda do processo de formação da cheia,
compreendendo o desenvolvimento da brecha de ruptura e o hidrograma defluente da mesma
(Guia de Orientação e Formulários dos Planos de Ação de Emergência - ANA, 2015).
A partir dos mapas elaborados para cada cenário hipotético, pode-se estabelecer, por exemplo,
planos de alerta e evacuação das respectivas áreas de risco, considerando também o
treinamento para a população e instituições de Defesa Civil. A Figura 2.25 apresenta um
exemplo de mapa elaborado para representar a ruptura hipotética da barragem da usina
hidrelétrica de Peti, no município de São Gonçalo do Rio Abaixo - MG e um plano de
evacuação.
Figura 2.25: Mapa de zoneamento e plano de evacuação (Balbi, 2008).
44
Ainda segundo a minuta do Guia proposto pela ANA, no PAE deverá, igualmente, estar
definida a Zona de Autossalvamento (ZAS), ou seja, a região a jusante da barragem em que se
considera não haver tempo suficiente para uma intervenção das autoridades competentes em
caso de acidente. Os critérios para definição da ZAS variam de país para país, sendo proposto
para o Brasil, a princípio, adotar a menor das seguintes distâncias: 10 km ou a distância que
corresponda ao tempo de chegada da onda de inundação igual a trinta minutos.
Este assunto da ZAS é polêmico e tem sido discutido entre os diversos envolvidos, assim
como a disponibilização dos PAE's nas Prefeituras. Possivelmente serão feitos ajustes entre os
órgãos fiscalizadores, empreendedores e a defesa civil para encontrar um equilíbrio com
relação à definição da distância da ZAS de cada barragem, assim como programas de
comunicação de risco podem ser elaborados para tratar da forma como as informações do
PAE serão repassadas à população sem causar eventuais transtornos.
A Federal Emergency Management Agency (FEMA), que é responsável pela coordenação da
resposta a desastres em nível Federal nos Estados Unidos, além de fornecer orientação para os
Estados e demais agências locais de gestão de emergências, tem sido uma das Instituições
mais atuantes na área dos Planos de Ação de Emergência para barragens, desenvolvendo
diretrizes formais para auxiliar os proprietários de barragens e demais autoridades a elaborar e
implantar estes PAEs. Diversas publicações têm sido feitas neste sentido, sendo uma grande
referência para estudos nesta área.
Segundo Blasco et al. (1998), o profissional responsável pelo PAE deve entender os aspectos
técnicos da engenharia de barragens. Ao mesmo tempo ele deve dar valor para a proteção da
população e para a prevenção como valores fundamentais, pelo menos da mesma maneira
como ele valoriza rendimento econômico de sua companhia. Ele também deve ter, ou
desenvolver, habilidades que tem relação com o comportamento humano: os hábitos, os
padrões de pensamentos e reflexões, o conhecimento, valores e crenças das pessoas, não
somente do pessoal da companhia, mas também da população que eles devem proteger. Ele
ainda deve ter ou desenvolver habilidades de comunicação, de relações públicas, de
apresentação em público, de negociação, de persuasão, desde que sua obrigação inclua
conscientizar as pessoas sobre emergência e fazer exercícios com grupos de pessoas.
Ressalta-se que quanto maior o investimento em Prevenção, Preparação e Resposta, menor
será a probabilidade de ocorrência de um acidente de rompimento de barragem e menores
45
serão as consequências deste tipo de evento, que pode ter proporção catastrófica tanto para
sociedade quanto para o empreendedor responsável pelo gerenciamento da estrutura.
2.6 Projeto GT490/APQ-03314-11 - Sistema Inteligente Integrado com
Tecnologia Web e Móvel para Gestão de Emergências
(CEMIG/FAPEMIG, 2013)
Conforme o item 1.2 do presente trabalho, uma das justificativas para a elaboração desta
dissertação é contribuir, por meio da aplicação de ferramentas de análise de risco, para a
implantação do ʺSistema Inteligente Integrado com Tecnologia Web e Móvel para Gestão de
Emergências" nas barragens gerenciadas pela Companhia Energética de Minas Gerais –
CEMIG. Esta contribuição consiste, basicamente, em estabelecer mecanismos para a
identificação dos aspectos mais críticos de uma barragem, para os quais serão realizados
estudos de Análises por Árvores de Eventos - ETA. Como pode-se verificar no decorrer deste
item, que descreve parcialmente o Projeto GT 490, as árvores de eventos são dados de entrada
relevantes para o Sistema Inteligente proposto.
A condição ideal seria que fossem elaboradas árvores de eventos simulando o comportamento
de todos os modos de falha identificados em uma barragem. Porém, a elaboração de todas
estas árvores pode se tornar inexequível, principalmente quando se trata da gestão de uma
quantidade expressiva de barragens. Desta forma, pretende-se priorizar as árvores de eventos
que tratam dos modos de falha mais significativos para determinada estrutura, proporcionando
uma abordagem representativa e viável para a implantação do sistema PAEWEB nas
barragens gerenciadas pela CEMIG.
O Projeto, que ainda está em andamento, tem previsão de término para o ano de 2016. As
informações referentes à sua concepção foram extraídas, basicamente, do Relatório de Etapa 1
(CEMIG/FAPEMIG, 2013).
O PAEWEB, que faz parte do Projeto GT490, visa criar softwares capazes de auxiliar o
processo de comunicação e tomada de decisão em situações emergenciais envolvendo
barragens, por meio de um sistema inteligente e interligado aos bancos de dados da CEMIG,
capaz de identificar uma condição de anormalidade a partir de dados de entrada obtidos por
equipamentos de instrumentação, inspeções visuais ou estações telemétricas, gerando
notificações de estados de alerta conforme definido no PAE da barragem. Um fluxograma
geral do atual PAE de Barragens da CEMIG pode ser verificado na Figura 2.26.
46
Figura 2.26: Visão geral do PAE de Barragens da CEMIG. Fonte: Relatório da Etapa 1 -
Projeto GT490, 2013
Todas as ações de resposta do PAE são decorrentes da determinação do Nível de Perigo da
estrutura (Passo 2), sendo esta uma atividade central do processo. Ao mesmo tempo, é uma de
suas etapas mais difíceis, já que normalmente exige dos tomadores de decisão uma atuação
rápida e de grande responsabilidade mediante um cenário bastante complexo que envolve,
além de eventuais incertezas, diversas variáveis técnicas, econômicas e sociais. Neste
contexto, o PAEWEB propõe o desenvolvimento de um “Sistema Especialista” que utiliza
regras nebulosas ou “fuzzy” para transformar os diversos dados de entrada em uma
classificação de Nível de Perigo, conforme a Figura 2.27.
47
Figura 2.27: Proposta inicial para o Sistema Integrado. Fonte: Relatório da Etapa 1 - Projeto
GT490, 2013
Vale salientar que os sinais gerados pelo sistema especialista servirão como apoio ao gestor
de emergências da CEMIG, sendo que cabe a ele homologar ou rejeitar um determinado sinal
de estado (CEMIG/FAPEMIG, 2014).
A elaboração do Sistema Especialista pode ser considerada a porção mais central e importante
do projeto, pois nele os dados de entrada serão processados em termos de sinais de estado das
barragens. Em inteligência artificial, um sistema especialista é um sistema de computador que
simula a capacidade de um especialista humano de decisão. Os sistemas especialistas são
48
projetados para resolver problemas complexos de raciocínio sobre o conhecimento,
representado principalmente como regras SE-ENTÃO em vez de utilizar a programação
convencional na qual um código procedural é desenvolvido (CEMIG/FAPEMIG, 2014).
Um dos principais dados de entrada do Sistema Especialista, além das informações da
instrumentação e inspeções visuais, será a probabilidade de ocorrência de um acidente, obtida
a partir de árvores de eventos elaboradas para uma barragem específica.
Como exemplo de uma árvore de eventos, a Figura 2.28 mostra um trecho da evolução de um
de piping do barramento para a fundação, para a barragem de São Simão, com as respectivas
probabilidades de falha para cada nó da árvore (LADEIRA, 2007).
Figura 2.28: Trecho de uma árvore de eventos. Fonte: Ladeira, 2007
Neste exemplo, pode-se verificar as seguintes probabilidades de formação de brecha:
A partir do nó A: p = 0,5 x 0,1 x 0,1 x 0,01 x 0,99 = 4,95 x10-5
A partir do nó B: p = 0,1 x 0,1 x 0,01 x 0,99 = 9,9 x10-5
A partir do nó C: p = 0,1 x 0,01 x 0,99 = 9,9 x10-4
A partir do nó D: p = 0,01 x 0,99 = 9,9 x10-3
A partir do nó E: p = 9,9 x10-1
Naturalmente, verifica-se que à medida que o fenômeno evolui aumenta a probabilidade de
ocorrência da formação de brecha e ruptura da barragem.
A
B
C
D
E
49
Segundo Leone et al. (2014), os resultados dos testes realizados com o Sistema Especialista
para a barragem de Emborcação revelaram que a metodologia proposta foi capaz de calcular
de forma inteligente o estado da barragem não só por sinalizar o estado adequado quando
precisava, mas também por não superestimar o resultado utilizando informações tendenciosas,
sendo capaz de analisar múltiplas dimensões ao mesmo tempo.
Esse Sistema também pretende promover um canal de comunicação entre os diversos atores
envolvidos na emergência, tanto internos, da empresa, quanto externos (principalmente a
Defesa Civil), para divulgar informações importantes sobre a gestão da emergência.
O programa é suportado pelos dispositivos mais comuns, tais como:
Navegadores web para computadores;
Smartphones e tablets baseados em iOS (iPhone, iPod e iPad);
Android e BlackBerry OS.
A Figura 2.29 apresenta um exemplo simulado de comunicação através do PAEWEB.
Em suma, o PAEWEB foca em minimizar a subjetividade da análise, acelerar a geração dos
sinais de estado das barragens favorecendo a tomada de decisão em uma situação
emergencial, reduzir os ruídos de comunicação, melhorar a confiabilidade da informação e
manter os contatos atualizados, favorecendo ainda a elaboração do Relatório Final da
emergência.
Figura 2.29: Interface de comunicação do PAEWEB. Fonte: Relatório Etapa 4 - Projeto
GT490, 2014
50
O PAEWEB está, atualmente, em fase de testes e ajustes finais. A partir do momento que todo
o Sistema estiver operacional, terá início a elaboração das respectivas árvores de eventos para
as barragens gerenciadas pela CEMIG GT.
Os resultados esperados no Projeto GT490 são:
Redução de eventuais impactos decorrentes de uma situação de emergência nas barragens e
reservatórios, por meio de um sistema moderno e eficiente de auxílio à tomada de decisão e
disseminação de informação, além de destacada melhoria no relacionamento e comunicação
com entidades públicas, mídia e sociedade. Deste modo, diversos setores serão favorecidos,
tais como:
Instituição de Ensino/Pesquisa ou Empresa: Consolidação e aprimoramento de
conhecimentos técnico-científicos através da formação de recursos humanos;
Indústria: Redução de custos de mitigação de efeitos decorrentes de situações de
emergência;
Setor Elétrico: Sistema especialista de apoio à tomada de decisão que seja um novo modelo
para situações similares;
Sociedade: Aumento significativo da segurança e informação.
51
3 MATERIAL E MÉTODOS
Esta dissertação tem como objetivo aplicar técnicas de análise de risco como ferramentas de
auxílio ao processo de tomada de decisão durante situações emergenciais em barragens.
A metodologia proposta para alcançar este objetivo é descrita nos itens 3.1 ao 3.4. Os itens de
3.5 ao 3.7 apresentam informações referentes ao estudo de caso adotado, que fornecem um
embasamento para as análises de risco apresentadas no capítulo 4.
Apesar deste trabalho ser caracterizado como um estudo de caso, estes procedimentos podem
ser utilizados para qualquer tipo de barragem, desde que sejam consideradas suas
particularidades.
3.1 Levantamento de informações
Para a aplicação das técnicas de análise de risco é necessário conhecer detalhadamente os
dados relativos à estrutura, considerando informações de projeto, construção, operação e
manutenção da barragem. Apesar deste trabalho estar associado aos PAE's de barragens, cabe
ressaltar que esta metodologia aborda exclusivamente dados relativos ao comportamento da
barragem, de forma que não contempla, de maneira direta, aspectos relacionados à condição
de uso e ocupação do vale a jusante.
As principais fontes de informação foram Relatórios de Inspeção de Segurança da barragem,
Relatórios de Instrumentação e dados de projeto disponíveis no acervo da CEMIG, além de
informações disponíveis na literatura. Foi realizada também uma visita de campo para
elucidar o conhecimento.
Estas informações, que neste trabalho são referentes à barragem da UHE Irapé, são tratadas
no decorrer deste capítulo.
3.2 Identificação dos modos de falha mais críticos para a estrutura
A partir do levantamento de informações, foram desenvolvidos estudos de análise de risco
pelo método FMEA para a identificação dos modos de falha mais críticos da estrutura. A
metodologia FMEA é referenciada no item 2.4.1.
52
Nesta etapa pretendeu-se basicamente priorizar os modos de falha que serão estudados pelo
método ETA, tornando a metodologia mais viável e funcional.
Para o desenvolvimento desta dissertação, foi escolhido como critério de seleção o modo de
falha que apresentou o maior valor de Número Preliminar de Risco (NPR) na FMEA. Esta
opção foi adotada visando triar um modo de falha único e significativo, de forma a simplificar
as etapas posteriores. Os estudos elaborados no item 4.2, porém, podem ser realizados
considerando-se outros modos de falhas que sejam avaliados como expressivos no estudo
FMEA.
Com relação ao Sistema Especialista proposto no Projeto GT490, recomenda-se utilizar a
metodologia descrita até esta etapa, construindo, a partir deste momento, árvores de eventos
clássicas para avaliação da probabilidade anual de ruptura da barragem considerando os
modos de falha mais importantes do estudo FMEA.
Cabe destacar, mais uma vez, que as análises de consequência da FMEA realizadas neste
trabalho são referentes aos danos esperados na estrutura da barragem, de modo que não
contemplam diretamente as condições de ocupação do vale a jusante.
3.3 Elaboração da árvore de eventos relativa ao modo de falha mais crítico
Após a identificação do modo de falha mais crítico, foi aplicada a metodologia de análise por
árvore de eventos (ETA) para descrever como espera-se que este fenômeno leve à ruptura da
barragem. A metodologia ETA é referenciada no item 2.4.2.
Diferentemente dos estudos tradicionais de ETA, que procuram descrever o comportamento
atual da barragem, foram adotados valores hipotéticos de probabilidades buscando presumir
qual seria o comportamento da estrutura caso a mesma venha a sofrer uma ruptura. Estes
valores foram devidamente justificados, conforme as informações descritas no estudo de caso.
Como foram utilizados valores de probabilidade que simulam uma condição crítica, os
resultados obtidos são, naturalmente, majorados em relação à condição atual da barragem.
Desta modo, estes valores não podem ser comparados aos estudos convencionais de ETA que
estimam a probabilidade anual de ruptura, como foi realizado por Ladeira (2007).
53
Para a avaliação da probabilidade de ocorrência de cada evento, foram utilizadas análises
qualitativas tendo como base as informações previamente levantadas, apresentadas nos itens
3.5, 3.6 e 3.7.
Os valores de probabilidade foram baseados nos descritores adotados por Vick (1992) citado
por Foster e Fell (1999), conforme a Tabela 3.1.
Tabela 3.1: Descrições de incertezas
Descrição qualitativa Probabilidades
Impossível (1) 0,01
Improvável (2) 0,1
Incerto (3) 0,5
Provável (4) 0,9
Quase certo (5) 0,99
(1) Não apresenta probabilidade de acontecer
(2) Muito difícil de ocorrer.
(3) Duvidoso ou indeterminado
(4) Apresenta probabilidade de ocorrer
(5) Contém condições essenciais à sua realização, quase certo de ocorrer.
Fonte: Vick, 1992, citado por Foster e Fell, 1999
3.4 Elaboração de árvores de eventos considerando intervenções preventivas
no contexto do PAE
Neste etapa, após a elaboração da árvore de eventos que descreve o comportamento hipotético
mais provável para a condição mais crítica encontrada no FMEA, foram elaboradas novas
árvores de eventos considerando intervenções emergenciais realizadas na barragem.
Deste modo, pode-se variar tanto as técnicas utilizadas para controlar as situações adversas,
quanto o momento em que as intervenções são realizadas, favorecendo uma percepção mais
apurada da melhor ação de resposta a ser implementada caso este cenário venha a ocorrer em
uma situação real.
Sendo assim, estes estudos podem favorecer o processo de tomada de decisão durante
situações emergenciais, visando reduzir o risco de um acidente.
Nesta fase também são utilizados os descritores adotados por Vick (1992), conforme a Tabela
3.1. Os critérios para a escolha da probabilidade de ocorrência de cada evento, porém, podem
54
ser ainda mais subjetivos, sendo passíveis, portanto, de maiores variações conforme o
conhecimento e interpretação de cada autor. Por este motivo, é importante que todas as notas
sejam devidamente justificadas, favorecendo adequações futuras.
Todas as notas contempladas nos estudos de análise de risco desta dissertação foram aplicadas
a partir da avaliação individual do autor deste trabalho. A condição ideal é que este tipo de
atividade seja realizada por uma equipe multidisciplinar (painel de especialistas) devidamente
capacitada.
Um desenho com o resumo da metodologia é apresentado na figura 3.1.
Figura 3.1: Resumo da metodologia
3.5 Definição do caso estudo – UHE Irapé
A barragem da UHE Irapé foi escolhida para o desenvolvimento deste trabalho pelo fato de
ser uma estrutura complexa, que apresenta algumas particularidades. Desta forma, os estudos
de análise de risco, além de serem justificados, apresentam uma grande diversidade de
variáveis, o que favorece a aplicação desta metodologia posteriormente em outras estruturas.
55
Trata-se de uma das barragens mais altas do mundo, com 210 metros, instalada em um vale
encaixado, com taludes íngremes e uma geologia local que apresenta uma rocha com elevado
teor de sulfetos. Além disso, o fato de ser uma barragem de enrocamento com núcleo de argila
possibilita um trabalho focado em geotecnia, que é a área de concentração do estudo.
A Figura 3.2 apresenta uma visão geral do empreendimento.
Figura 3.2: Vista geral da UHE Irapé. Fonte: Arquivo CEMIG GT
Foi considerado ainda o trabalho de Melo (2014), que apresenta uma análise de portfólio das
barragens de terra e terra-enrocamento gerenciadas pela CEMIG GT, onde a barragem de
Irapé foi considerada a terceira mais crítica na somatória dos diversos métodos verificados,
atrás de Três Marias e Emborcação, conforme a Tabela 3.2. Ressalta-se que no trabalho de
Melo (2014) também foram desenvolvidos estudos de FMEA para as barragens de Três
Marias e Emborcação, o que poderia favorecer a comparação com os resultados obtidos em
Irapé.
Tabela 3.2: Classificação final com base no risco
Fonte: MELO, 2014
56
3.6 Descrição geral da UHE Irapé
Este item apresenta uma descrição da Usina Hidrelétrica de Irapé - UHE Irapé, abrangendo
informações que estão relacionadas à segurança da barragem, considerando dados de projeto,
construção e operação da estrutura, visando subsidiar os estudos de análise de risco que foram
propostos nos objetivos do trabalho. Tem como principais referências as informações de
projeto do arquivo da CEMIG GT, a Revisão Periódica de Segurança, de Viotti et al. (2014) e
a Avaliação do Comportamento das Estruturas Civis (CEMIG, 2012).
A Usina Hidrelétrica - UHE de Irapé ou Usina Presidente Juscelino Kubitschek está
localizada no rio Jequitinhonha, na divisa dos municípios de Berilo (na margem direita), e
Grão Mogol (margem esquerda), região nordeste do estado de Minas Gerais. O local do
barramento, que dista aproximadamente 540 km de Belo Horizonte, está situado a 566,9 km
da foz do Rio Jequitinhonha, que se dá no Oceano Atlântico. A Figura 3.3 apresenta a
localização da UHE Irapé.
Figura 3.3: Localização da UHE Irapé. Fonte: Google Earth, 2014
A Usina explora uma queda de projeto de 162,00m e uma vazão de 252m3/s para gerar uma
potência instalada final de 360MW. A energia assegurada do aproveitamento hidrelétrico de
Irapé é de 1.807.188 MWh/ano. O projeto é relevante para o desenvolvimento social e
econômico do vale do Jequitinhonha, uma das regiões mais carentes do Estado.
A área inundada, considerando o NA Máximo Normal, é de 137,16km², sendo que o volume
operativo máximo do reservatório é de 5.963,92 hm³. O reservatório abrange as áreas dos
municípios de Berilo, Grão Mogol, José Gonçalves de Minas, Leme do Prato, Cristália,
Botumirim e Turmalina.
57
As obras civis se iniciaram em 2002, sendo que o enchimento do reservatório teve início em
dezembro de 2005. A inauguração ocorreu em julho de 2006. As figuras 3.4 e 3.5, mostram,
respectivamente, o período final de construção da barragem e a obra concluída.
Figura 3.4: Foto de um quadro instalado na UHE Irapé, com imagem da fase final de
construção da barragem. Vista geral do maciço. Fonte: Autor, 2014
Figura 3.5: Barragem de Irapé concluída. Fonte: CEMIG, 2006
O desvio do rio foi feito por meio de dois túneis escavados em rocha, na ombreira direita. Os
túneis possuem seção tipo cogumelo, estão em níveis diferentes e têm 14m de diâmetro e
comprimentos de 1.067m e 1.227m.
O arranjo geral compreende uma barragem de enrocamento com núcleo de argila fechando o
vale, túneis de desvio na margem direita, tomada de água, vertedouro e extravasor na margem
esquerda e casa de força a jusante da barragem. A Figura 3.6 apresenta o arranjo geral da
UHE de Irapé.
58
Figura 3.6: Arranjo geral da UHE de Irapé. Fonte: Arquivo CEMIG GT
Segundo Viotti et al. (2014), a presença de sulfetos nos maciços rochosos de Irapé foi
determinante para a concepção do arranjo das estruturas civis, sendo que muitos estudos
foram elaborados, antes e durante a construção, visando evitar ou minimizar o efeito agressivo
das substâncias sulfurosas presentes na geologia local. A grande altura e o vale estreito
também são características marcantes desta estrutura, que contribuíram na complexidade e
dificuldade do projeto.
De acordo com o trabalho de Lima (2009), que apresenta uma descrição geológica detalhada
do local de implantação da UHE Irapé, pode-se dizer que o maciço rochoso da área de
implantação da UHE Irapé é representado, predominantemente, por um pacote de mica-
quartzo xisto grafitoso, de coloração cinza escura, com granulação fina a grosseira, marcado
pela presença significativa de sulfetos (pirrotita, pirita e eventualmente, calcopirita e
esfalerita) disseminados na matriz rochosa e por baixas concentrações de carbonato. O teor
total de sulfetos verificados nas rochas varia entre 3,0 e 39,5% em peso, sendo que 78% das
amostras apresentam concentrações entre 3 e 10% em peso. Estes sulfetos têm potencial de
geração de efluentes ácidos a partir de reações de oxidação.
Ainda segundo Lima (2009), o processo de oxidação dos sulfetos é extremamente complexo,
envolvendo reações de caráter químico-microbiológico, cujo desenvolvimento é influenciado
principalmente pelas condições ambientais. Normalmente os processos que envolvem
59
atividade biológica se desenvolvem com maior velocidade. As oscilações do nível de água no
reservatório, que são significativas em Irapé, também podem acelerar o processo de oxidação
dos sulfetos.
A reação de oxidação destes sulfetos de ferro, como a pirita e a pirrotita, produz sulfatos de
ferro e ácido sulfúrico. O sulfato tem sempre volume maior e causa uma expansão da rocha e
sua desagregação. O ácido sulfúrico ataca os elementos no seu entorno, a rocha, os metais e o
concreto. Se atacar o concreto, produz também a sua desagregação e perda de resistência.
Ressalta-se que a reação de oxidação dos sulfetos é exotérmica, o que proporciona
temperaturas elevadas no interior do maciço da barragem.
A Figura 3.7 apresenta um testemunho de sondagem remanescente da obra. Mostra uma
oxidação intensa da rocha com a geração de hidróxido de ferro, mas sem desagregação, isto é,
com pouca ou nenhuma formação de sulfato. Há grande geração de ácido neste caso.
Figura 3.7: Oxidação de testemunho de sondagem. Fonte: CEMIG, 2014
As Figuras 3.8 mostra a formação do sulfato resultante da reação do ácido sulfúrico com os
minerais da rocha. Esta reação neutraliza um pouco a geração de ácido, mas causa a
desagregação da rocha pela expansão do sulfato.
A classificação inicial das rochas de Irapé, com base no grau de intemperismo, como é o
usual, se mostrou um tanto imprecisa no aspecto geoquímico. Houve necessidade de levar em
conta a quantidade de sulfeto remanescente na rocha intemperizada, pois o intemperismo
elimina gradualmente o sulfeto e mesmo os produtos oriundos das suas reações de oxidação
(VIOTTI et al., 2014).
60
Figura 3.8: Formação de sulfato em testemunho de sondagem, com expansão da rocha. Fonte:
CEMIG, 2014
As rochas foram então separadas em três categorias:
Xistos muito intemperizados, dos quais o sulfeto e seus produtos já foram eliminados. Este
material pode ser usado em aterros sem gerar água ácida. Também não gera problemas nos
cortes de escavação.
Xistos pouco intemperizados, mas que ainda contêm sulfetos e/ou os produtos de sua
reação. Devido ao seu intemperismo inicial a água consegue penetrar mais facilmente na
rocha e a reação de oxidação dos sulfetos é muito intensa. Estes materiais geram água
ácida em aterros e bota-foras. Não foi previsto seu uso no concreto. Seu comportamento
nos cortes de escavação foi a preocupação maior devido à necessidade de dimensionar uma
proteção adequada.
Xistos sãos, com todos os sulfetos preservados. Esta rocha é atacada apenas na superfície
onde os sulfetos são expostos. Seu uso como agregado não foi aceito. Foi usada como
enrocamento com algumas precauções.
A Figura 3.9 mostra o corte da área da tomada d'água e vertedouro, onde os horizontes de
intemperismo estão bem evidentes: a parte mais superficial, sem nenhum sulfeto e, portanto,
sem oxidação e a parte pouco intemperizada onde ocorre uma oxidação intensa de sulfetos. A
parte de rocha sã está em geral recoberta pelo concreto (VIOTTI et al., 2014).
61
Figura 3.9: Vista do corte da tomada d‟água/vertedouro. Fonte: CEMIG, 2014
Não foi possível o uso destes materiais locais como agregados para o concreto. Conforme
sugerido pelo Comitê Internacional de Grandes Barragens, os sulfatos e sulfetos determinados
pelo método da química analítica, calculados em SO3 equivalente, não devem passar de 0,5%
em peso dos agregados graúdos. Deste modo, conseguiu-se no maciço aflorante da pedreira
Olhos D‟Água agregados que se enquadravam nestas restrições por meio da caracterização
geoquímica e de ensaios para análise de comportamento do concreto. Este material
proveniente da pedreira Olhos D' Água, o Diamictito, é tratado como "isento de sulfetos", já
que apresenta um teor muito baixo deste componente, da ordem de 0,2%.
No concreto produzido com estes agregados, foram adicionadas grandes quantidades de
pozolana, para inibição da reação álcali-agregado, e ainda, para todos os concretos em contato
com rocha, o consumo de cimento utilizado foi acima de 350 kg/m³ (cimento Portland RS
IV), com adição de sílica ativa, aditivo redutor de permeabilidade e polímeros e relação
água/cimento = 0,45, em consonância com as especificações técnicas. Os cuidados com a
produção de concreto foram tomados em todas as instâncias, o que resultou em um material
de boas características, sem reações internas que viessem a prejudicar sua durabilidade.
Foram estudadas ainda várias proteções impermeabilizantes no contato entre concreto e rocha,
tendo-se optado pela utilização de uma argamassa epoxídica seguida por tinta epoxídica
Fospox SF P235 e/ou revestimento flexível à base de poliuretano Nitoproof 250.
A Figura 3.10 mostra regiões da galeria de drenagem onde foram realizados testes para
avaliação do comportamento das proteções impermeabilizantes.
62
Figura 3.10: Aplicação de proteções impermeabilizantes em galeria de drenagem, para teste.
Fonte: Autor, 2014.
As superfícies rochosas que permaneceriam expostas após a escavação foram, quase sempre,
protegidas com concreto projetado resistente a sulfato.
A barragem de enrocamento com núcleo de argila possui comprimento de 551m e altura
máxima de 210m, com volume de aterro da ordem de 11.000.000m³, constituindo-se na
barragem mais alta do Brasil e a segunda mais alta da América Latina. Os taludes de montante
e de jusante têm inclinação média de 1V:1,5H.
Seu núcleo impermeável foi projetado, na porção inferior correspondente ao canal profundo
do rio, por uma mistura de argila com cascalho (material 3B denominado “cascalho”) para
garantir a presença de um material mais rígido e, consequentemente, contribuir para a redução
dos recalques. Adicionalmente, uma camada mais plástica foi empregada ao longo dos
contatos de solo e rocha nas paredes do vale com o objetivo de auxiliar na redistribuição das
tensões (CBDB, 2009).
Preenchendo o canal profundo do rio, foi construída uma base de concreto compactado a rolo
(CCR). Essa estrutura tem a função de regularizar a fundação, de modo a prepará-la para
receber o núcleo de “cascalho”, possibilitando também a redução da percolação de águas
ácidas pela fundação. Este bloco foi construído com cimento ultrafino, resistente a sulfatos,
inclusão de micro sílica e com baixo fator água-cimento. Foi usada uma membrana de epóxi
para impermeabilizar as superfícies do concreto. A Figura 3.11 mostra a seção transversal de
maior altura da barragem, enquanto a Tabela 3.3 apresenta os materiais que compõem o
maciço.
Segundo Viotti et al. (2014), as análises de estabilidade, de percolação e de tensões
deformações da barragem de terra-enrocamento foram executadas de acordo com métodos
63
compatíveis com o melhor conhecimento atual. Todas as memórias de cálculo das estruturas
estão de acordo com as normas vigentes no país. Até o momento não foram detectadas
deteriorações no aterro que possam ser atribuídas à rocha com sulfetos. O projeto e a
construção foram executados de maneira a minimizar os recalques e deslocamentos
horizontais, no que foram bem sucedidos. As trincas existentes na crista são módicas para o
porte da barragem e não preocupam. Há pequenas evidências de recalques diferenciais entre
zonas do aterro, sem ser motivo de preocupação no momento.
Para a definição da seção típica da barragem foi necessário um equilíbrio entre a utilização
dos materiais das escavações exigidas, em sua grande maioria contendo alto teor de sulfetos, e
a necessidade de evitar prejuízos ao comportamento da barragem causados pela oxidação dos
sulfetos e formação de ácido sulfúrico.
Nos espaldares foi utilizado o enrocamento com sulfetos, selecionado em duas categorias,
material 5 – pouco ou medianamente intemperizado, material 5A – medianamente a muito
intemperizado e um enrocamento “livre” (com baixo teor) de sulfetos – rocha sã ou pouco
intemperizada, material 6. Os materiais com sulfetos foram usados em zonas internas dos
espaldares e o material 6 nas partes externas. Proteções adicionais, com rip-rap da pedreira de
diamictito, foram usadas na zona de flutuação a montante (material 7) e na parte externa do
talude de jusante (material 9).
No filtro de jusante da barragem (material 2) foi usada areia natural.
64
Figura 3.11: Seção transversal de maior altura da UHE de Irapé. Fonte: Lima, 2009
65
Tabela 3.3: Materiais constituintes da barragem de Irapé
Sigla do Material Descrição Espessura das
camadas (cm)
1-J1 Solo argilo - arenoso (jazida 1 – Ombreira direita) 20 - 25
1-J2 Solo areno - argiloso (jazida 2 – Ombreira esquerda) 20 - 25
2 Filtro de areia natural 40
2A* Areia artificial – transição de montante 40
3* Transição Fina 40
3A* Transição média 40
3B "Cascalho" 40
4* Transição Grossa 40
5 Enrocamento de Rocha pouco a medianamente decomposta 40
5A Enrocamento de Rocha medianamente a muito decomposta 40
5L
"Random" – Rocha muito decomposta a saprolito
(Lixiviada) 40
6 Enrocamento de Rocha pouco decomposta a sã 80
6B* Enrocamento de Rocha pouco decomposta a sã 80
7* Enrocamento de Proteção (Rip-Rap) 120
9* Enrocamento de revestimento 120
*Material proveniente da pedreira Olhos d‟água – “isento de sulfetos”. Fonte: Lima, 2009
Além disso, como proteção contra as águas de chuva, foram colocadas mantas de PEAD
(polietileno de alta densidade), conforme mostrado na figura 3.12 direcionando essas águas
para a zona externa de enrocamento sem sulfetos.
Entre a zona de enrocamento de montante e o núcleo foi criada uma zona de random, material
5L, que sendo um material já altamente intemperizado, tem potencial reduzido de geração de
águas ácidas. Foi estabelecido um máximo de 0,1% de sulfetos para esse material.
A fundação da barragem é constituída por uma rocha alterada com tratamento. Foi implantada
uma extensa cortina de injeção de cimento sob o núcleo. Foi estudada a resistência dessa
cortina ao ataque de águas ácidas e adotada calda resistente a sulfato.
Ainda segundo Viotti et al. (2014), em razão de cronograma apertado e redução dos custos de
implantação, foram adotados taludes íngremes na parte superior do talude de montante e na
parte externa do talude de jusante. Há uma quantidade incomum de quedas de blocos do rip-
rap para as bermas de montante. Tem também havido esporadicamente rolamentos de blocos
no talude de jusante.
66
Figura 3.12: Detalhe da proteção contra chuvas no talude de jusante. Fonte: Lima, 2009
67
Os parâmetros geotécnicos utilizados no projeto foram obtidos basicamente de ensaios de
laboratório executados com uso de amostras deformadas e indeformadas dos materiais
provenientes das áreas de empréstimo, estoques e aterros experimentais.
Devido à geomorfologia do vale do rio na região da fundação da barragem, foram realizados
estudos com modelagens matemáticas bi e tridimensionais, iniciando-se pelas análises
bidimensionais para a determinação das diretrizes macro do projeto, procedendo-se ao
refinamento final com base nos resultados de análises tridimensionais (CEMIG, 2004).
Na tabela 3.4 apresenta-se um resumo dos parâmetros de resistência, sendo que em todas as
análises foram aplicados parâmetros efetivos.
Tabela 3.4: Parâmetros geotécnicos utilizados nas análises de estabilidade
Material
Parâmetros de Resistência
Ru (%) γ úmido
(kN/m3)
c' (kPa) φ' (°)
J1 19 28 32 20
J2 20 0 37 20
3B 21,5 0 38 20
Filtros e transições 20 0 38 -
5/5A 21 0 38 -
5L 21 0 33 ou 35
(***) 5
6/6B/7 22 0 45 -
Solo Compactado - Ensecadeira 18 5 30 20
Transição Compactada – Ensecadeira 19 0 35 -
Enrocamento Compactado - Ensecadeira 20 0 42 -
(***) – O parâmetro de resistência ao cisalhamento do material 5-L com ângulo de atrito igual
a 34º, foi determinado a partir da média de duas séries de ensaios de compressão triaxial, tipo
CIUsat (adensado isotropicamente, não drenado, saturado, com medição de poropressão).
Individualmente uma das séries de ensaios registrou ângulo de atrito de 33º e outra 35º. Fonte:
CEMIG, 2004
Os coeficientes de permeabilidade empregados nos estudos basearam-se em valores medidos
em ensaios de laboratório ou de campo, realizados nos aterros experimentais ou no do próprio
corpo da barragem e são apresentados na Tabela 3.5.
68
As análises de percolação foram realizadas com a utilização do programa de computador
Seep/W da Geo-slope. O método empregado neste aplicativo considera a percolação através
de meios porosos e contínuos com uso do método de elementos finitos.
Tabela 3.5: Resumo dos coeficientes de Permeabilidade Adotados.
Material
Coeficiente de
Permeabilidade
K (cm/s)
Anisotropia de
Permeabilidades
Adotadas Kh/Kv
Núcleo - J1 - Solo argilo-arenoso 1x10-07
10
Núcleo – J2 - Solo Areno-argiloso 3x10-07
10
Núcleo – Mescla do Cascalho com J2 1x10-05
10
Filtro Septo – Areia Natural 1x10-02
___
Transição Fina - 3 1,5x10-01
(**) ___
Transição Intermediária – 3A 5x10-01
___
Fundação – Trecho Superficial (*) 1x10-04
___
Fundação – Trecho mais Profundo (*) 1x10-06
___
Cortina de Injeção – Faixa de Influência 1x10-05
___
(*) – Os trechos de fundação rochosa denominados como mais profundos ou superficiais,
foram determinados com base nos resultados dos ensaios de perda d‟água realizados durante a
fase de investigação geológica.
(**) – Permeabilidade baseada em dois valores obtidos de ensaios in-situ. Fonte: CEMIG,
2004
Como exemplo dos diversos estudos realizados para a UHE Irapé, a Tabela 3.6 apresenta os
resultados das análises de estabilidade do talude de montante para os carregamentos de
rebaixamento rápido e para o final de construção, após estudos elaborados para refinamento
do zoneamento dos materiais que compõem o corpo da barragem. Tais refinamentos
envolveram o talude de montante e o sistema interno de drenagem. Foi considerada como
mais representativa a seção de altura máxima da barragem (CEMIG, 2004). Pode-se observar
que as superfícies críticas de ruptura, tanto para o carregamento de final de construção quanto
para o deplecionamento instantâneo do reservatório, atendem aos valores limites
especificados pelo projeto.
O caso de rebaixamento rápido considera a estabilidade do talude de montante submetido a
um deplecionamento instantâneo do nível d‟água do reservatório entre o nível de água
máximo normal, na elevação 510,00m, e o mínimo operacional, na elevação. 470,80m, com o
69
Fator de Segurança mínimo admitido de 1,2. Para uma avaliação com cunho mais
conservador, as poropressões de rebaixamento foram consideradas empregando-se a linha
freática no contato com o material drenante, sem qualquer dissipação de poropressões.
O final de construção simula a condição do término da construção, com coroamento na
elevação 513,70m, antes do início do enchimento do reservatório, sem admitir dissipações de
poropressões construtivas. A avaliação de final de construção em questão tem caráter
conservador já que não considera o início do enchimento do reservatório com o aterro
parcialmente construído, conforme contemplado no planejamento de construção (início de
enchimento do reservatório a partir do coroamento do aterro na cota 475,00m). Adotou-se
como constante o valor de poropressões construtivas, com coeficiente Ru de 0,2 (Ru=u/.h),
para os solos que compõem o núcleo vedante. O Fator de Segurança mínimo admitido para
este caso é de 1,3.
As análises de estabilidade foram efetuadas utilizando o programa de computador Slope/W,
com emprego do processo analítico proposto por “Spencer”, que considera o método de
equilíbrio limite de forças e momentos. Foi considerado ainda que a rede de fluxo já estava
estabelecida. A Figura 3.13 apresenta o resultado da avaliação do rebaixamento instantâneo
do reservatório, com Φ=33º, com superfície circular, e representa o coeficiente de segurança
mais baixo encontrado nesta análise específica.
Tabela 3.6: Resumo dos Coeficientes Mínimos de Ruptura Encontrados para o talude de
montante para o carregamento final de construção e rebaixamento rápido
SEÇÃO Caso de
Carregamento
Material 5-L
Φ’(º)
Tipo de
Superficie F.S.Mín
Exigido
F.S.Mín
Obtido
Seção de
Máxima
Altura
(E-E)
Final de
Construção
34 Circular
1,30
1,51
Cunha 1,42
33 Circular 1,50
Cunha 1,41
Rebaixamento
Rápido
34 Circular
1,20
1,27
Cunha 1,33
33 Circular 1,25
Cunha 1,28
Fonte: CEMIG, 2004
70
Figura 3.13: Rebaixamento instantâneo do reservatório – Φ=33º, com superfície circular.
Fonte: CEMIG, 2004.
O circuito hidráulico de geração se localiza na margem esquerda, com três unidades de
tomada de água ligadas a três condutos forçados subterrâneos que se conectam às três
unidades geradoras. A soleira da tomada d‟água está na elevação 457,00m com o canal de
adução na elevação 456,00m, podendo operar com uma depleção máxima no reservatório de
39,20m.Os condutos têm seção circular de 4,6m de diâmetro e aproximadamente 76m de
comprimento em shaft vertical mais 450m em trecho sub-horizontal. A casa de força é a céu
aberto, do tipo abrigada. As torres da tomada possuem altura de 59m e são ligadas por uma
ponte de acesso, na cota 514,00m.
Ainda na margem esquerda foram implantadas as estruturas de vertimento, compostas por
duas estruturas de controle do tipo perfil Creager com comportas do tipo segmento,
denominados Vertedouro 1 e Vertedouro 2, e uma estrutura em torre com descarregador de
fundo, denominada Extravasor. As três estruturas estão ligadas a túneis escavados em rocha e
revestidos em concreto, denominados túneis calha, que encaminham a vazão vertida para o
defletor, que promove o salto hidráulico e encaminhamento do jato para a bacia de dissipação,
escavada no leito do rio.
1.246
Description: UHE IRAPÉ - Barragem
Comments: Rebaixamento Rápido
File Name: Seção Atualizada - Irapé-teste 2-FI=33º.slz
Last Saved Date: 09/08/2004
Last Saved Time: 12:13:00
Analysis Method: Spencer
Direction of Slip Movement: Right to Left
Slip Surface Option: Grid and Radius
P.W.P. Option: Piezometric lines with Ru
Tension Crack Option: (none)
Seismic Coefficient: (none)
Elevação (m)-100 0 100 200 300 400 500 600
Seç
ão
Tra
nsv
ers
al
260
280
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
520
540
71
A altura da barragem e as estruturas extravasoras foram definidas considerando a afluência ao
reservatório da Cheia Máxima Provável (CMP), com uma vazão máxima instantânea de
Q=11.446m³/s propiciando uma defluência máxima de 5.862m³/s com o nível máximo
atingindo a elevação - EL 512,20 (NA Máximo Maximorum). Como o maciço da barragem
está na EL 515,36 a sua borda livre mínima corresponde a 3,16m e a sua borda livre normal a
5,36m, visto que o NA máximo normal do reservatório está na EL 510,00. Um muro de
concreto na EL 516,50, foi adicionado à barragem aumentando a sua borda livre mínima para
4,30m. Portanto, a barragem atende com grande folga aos critérios de segurança estabelecidos
pela ANEEL e Eletrobrás (CEMIG, 2014).
O NA Mínimo Minimorum está na El. 470,80, de modo que o deplecionamento chega a 40m.
No canal de Fuga, o NA Mínimo Normal está na El. 330,20 e o NA Máximo Maximorum na
El. 340,60.
A Figura 3.14 apresenta a vista de jusante e montante das três torres da tomada d'água,
enquanto a Figura 3.15 apresenta uma vista geral das estruturas extravasoras da UHE Irapé.
Figura 3.14: Vista de jusante e montante das 3 torres da tomada d‟água. Fonte: CEMIG, 2012
Figura 3.15: Emboque das estruturas vertentes e tomada d'água. Fonte: Lima, 2009
72
3.7 Instrumentação da UHE Irapé
Este item, que trata da instrumentação da barragem da UHE Irapé, tem como principal
referência o Relatório Anual de Análise de Instrumentação de Irapé (CEMIG, 2011). Este
Relatório é descrito de maneira sucinta a seguir, com enfoque nas informações mais
importantes, e, assim como o item 3.6, será utilizado como referência para as análises de risco
apresentadas no capítulo 4.
A barragem de Irapé foi amplamente instrumentada ao longo de 5 seções principais, de acordo
com a Figura 3.16. A instrumentação das estruturas foi feita dentro de um padrão aceito
internacionalmente e de acordo com a experiência brasileira. O monitoramento vem sendo
feito com a periodicidade necessária (VIOTTI et al., 2014).
Os instrumentos utilizados estão apresentados na Tabela 3.7.
Tabela 3.7: Instrumentos instalados na UHE Irapé.
Instrumentos Quantidade Descrição
Piezômetros
elétricos 50
É um instrumento utilizado para acompanhar a evolução das
pressões piezométricas em maciços de barragens de terra,
fundações, taludes, etc. É constituído por um transdutor de pressão
que converte a pressão d‟água no diafragma em um sinal de
frequência de vibração da corda do instrumento. O fabricante
fornece o fator de calibração de cada aparelho, que correlaciona a
pressão d‟água no diafragma com a frequência de vibração da
corda.
Piezômetros
Casagrande
(Ombreiras)
4
Piezômetros tipo Casagrande, ou de tubo aberto, ou “Stand Pipe”
são utilizados para determinação de poropressões no maciço.
Células de
pressão total 33
São instrumentos projetados para medir a pressão total de
terra em maciços de barragem, aterros, fundações, entre
outros.
Caixa sueca 33
São instrumentos de funcionamento hidráulico,
fundamentado no princípio dos vasos comunicantes,
utilizados para medida de recalques.
Célula elétrica 38
É um aparelho destinado a medir recalques diferenciais entre dois
pontos. O princípio de funcionamento baseia-se na pressão do
líquido sobre a membrana do transdutor, provocada pela diferença
de altura entre a célula e o reservatório na cabine.
73
Tabela 3.7: Instrumentos instalados na UHE Irapé (continuação).
Instrumentos Quantidade Descrição
Medidor de
recalque
magnético
19
Utilizado para monitorar os recalques de maciços, construídos ou
naturais, fundações, e outros. A medida desses recalques elucida a
evolução do adensamento dos materiais que constituem os locais
sob controle.
Marco
superficial 54
É um pino utilizado para medir, como diz o próprio nome, o
deslocamento superficial de um ponto ou local a ser controlado.
Inclinômetro 2
São aparelhos utilizados para medição de deslocamentos
horizontais em duas direções ortogonais ao longo da profundidade,
nas camadas subsuperficiais.
Medidor de
vazão 7
Medidor de Vazão, ou Vertedouro de Vazão (VV), Vertedor ou
Descarregador é um dispositivo utilizado para medir e/ou controlar
a vazão por um canal. Trata-se de uma barreira colocada
perpendicularmente ao fluxo d‟água, com uma abertura possuindo
determinada forma geométrica. A montante da barreira irá formar-
se uma lâmina d‟água proporcional à vazão descarregada.
Medidor de pH 22
Também foram instalados medidores de pH, em função da
característica geológica regional, onde a rocha apresenta elevado
teor de sulfetos. O pH é medido tanto nos medidores de pH quanto
nos Inclinômetros.
Fonte: CEMIG, 2005
De acordo com Yassuda (2007), foi verificado o bom desempenho dos instrumentos, posterior
ao enchimento do reservatório, além de procedimentos adequados de instalação e condução
dos cabos e tubos. Houve a perda de somente 3 caixas suecas (9%), devido a problema no
tubo de retorno, e de 11 células de recalque (29%), em função da temperatura alta e gel. O
projeto teve como premissa a necessidade de realizar medidas confiáveis de células de pressão
e não só a análise de tendência/comparativa. Os equipamentos permitiram uma confrontação
com o modelo teórico, sendo que quase todos os parâmetros estão dentro do valor estimado. A
tipologia e quantidade de instrumentos foi satisfatória. Foi considerado como elemento
“imponderável” a temperatura da água no enrocamento, de até 80º, em função da presença dos
compostos sulfurosos.
Segundo Viotti et al. (2014), o comportamento estrutural da barragem é satisfatório. Os
recalques e deslocamentos horizontais são moderados para uma estrutura do porte de Irapé.
74
Figura 3.16: Perfil da UHE Irapé com a localização e legenda dos instrumentos. Fonte: CEMIG, 2011
75
3.7.1 Análise de percolações e pressões totais
3.17: Piezômetros e células de carga da Seção 1. Fonte: CEMIG, 2011
As Figuras 3.17 e 3.18 apresentam os instrumentos instalados nas seções transversais 1 e 5,
respectivamente. Os valores verificados nas Seções 1 e 5 estão adequados ao níveis de
controle de projeto, sendo que os projetistas adotaram como valor de alerta tensões efetivas
inferiores a 20 kPa, válidas para todas as células de pressão total. Apesar dos valores estarem
dentro do esperado, as trincas transversais na região da ombreira direita merecem atenção.
Figura 3.18: Piezômetros e células de carga da Seção 5. Fonte: CEMIG, 2011
É importante observar se aparecem novas trincas ou se há aumento no comprimento e
espessura das existentes ou ainda se os piezômetros registram aumento de poropressão.
76
As tensões totais e efetivas nas duas seções mais altas das ombreiras têm diminuído com o
passar do tempo. Tanto na seção 5 quanto na seção 1, observam-se maiores tensões efetivas
nas células instaladas nos contatos aterro rocha da fundação (CW101 e CW502). À medida
que se afasta das ombreiras observa-se um alívio de tensões CW102 e CW501. Comparando
as duas seções, conclui-se que a seção da ombreira esquerda tem registrado contínuas e
maiores quedas de tensão efetivas, ou seja, maior desconfinamento do maciço junto à
ombreira. A elevação do nível do reservatório é benéfica para região do CW102 da seção 1,
provavelmente pela curvatura da barragem na ombreira direita.
Figura 3.19: Piezômetros e células de carga da Seção 2. Fonte: CEMIG, 2011
A Seção 2, Figura 3.19, apresenta comportamento estável com a rede de fluxo praticamente
definida. Atualmente, as respostas dos PWs às oscilações do reservatório são rápidas uma vez
que a saturação do maciço já está praticamente estabelecida. Após o estabelecimento da rede
de fluxo pela fundação e núcleo, com exceção do PW206 que ainda indica um leve aumento,
observa-se uma maior perda de carga entre os dois instrumentos localizados antes e depois da
cortina de injeção, de 8 metros de coluna de água (m.c.a.) aproximadamente, em 12 m de
distância. As células de pressão total fornecem valores adequados, acima dos limites de
controle mínimos definidos pela projetista. Conforme esperado, têm-se maiores tensões
verticais que horizontais. Os valores da tensão efetiva estão bastante elevados, afastando até o
momento, qualquer risco de ruptura hidráulica neste ponto da fundação.
77
Figura 3.20: Piezômetros e células de carga da Seção 4. Fonte: CEMIG, 2011
A geometria da seção 4, Figura 3.20, é muito semelhante à seção 2 e a disposição dos
instrumentos é a mesma. Nesta seção da ombreira esquerda, há um número maior de
instrumentos (PWs) apresentando valores mais elevados.
De modo geral, os PWs instalados a montante do núcleo são fortemente influenciados pelo
reservatório. Os instrumentos localizados na porção inferior do maciço, mais a jusante,
também são influenciados pelo NA do reservatório. Esta situação talvez tenha sua justificativa
em uma percolação preferencial longitudinal, através da ombreira esquerda que apresenta uma
permeabilidade maior em virtude da pior qualidade do maciço. Os PWs 405 e 406 mais a
jusante revelam que a saturação ainda ocorre neste ponto do núcleo, ao passo que os PWs 408
e 410 instalados em elevações mais elevadas, encontram-se estabilizados.
A perda de carga entre os PW401 e 402, localizados antes e depois da cortina de injeção, é de
cerca 11,6 m.c.a., maior que a do par PW201/202 indicando que na seção 4 a cortina de
injeção foi mais eficiente.
As células CW401 e 402, que medem tensões verticais e horizontais, respectivamente,
apresentam contínuas quedas de tensões efetivas sem que haja aumento compatível de
poropressão no PW403 correspondente. Isto faz supor que ocorre um alivio de tensões na
fundação da ombreira esquerda no sentido longitudinal da barragem. Ressalta-se que ambas as
78
CWs fornecem valores adequados, acima dos limites de controle mínimos definidos pela
projetista.
Comparando as seções 2 e 4, pode-se concluir que a seção 2 comporta melhor que a 4.
Os instrumentos instalados na Seção 3 são apresentados nas Figuras 3.21 e 3.22. No núcleo da
barragem de Irapé, na seção de máxima altura, foram empregados três tipos de materiais.
Abaixo da elevação 408m o material compactado (3B) é uma mescla de cascalho com solo
areno-argiloso. Entre as elevações 408m e 415m o material consta de um solo areno-argiloso
(J2) e acima da elevação 415 foi empregado um solo argilo-arenoso (J1).
Na Seção 3 percebe-se claramente a influência do material random “5L” no reforço
impermeabilizante do barramento. Ao analisar os piezômetros posicionados mais a montante,
percebem-se perdas de carga consideráveis, apesar da frente de saturação na base do maciço
ter ocorrido imediatamente à subida do reservatório. Desta forma, os instrumentos instalados
a montante da barragem, apesar de bastante associados ao reservatório, apenas os PW309 e
PW312, registram níveis piezométricos pouco elevados. Estes PWs, apesar de estarem
situados na parte superior do maciço compactado com material J1, estão posicionados numa
elevação onde o material "random", a montante do núcleo, tem uma espessura menor, fato que
justifica níveis mais altos que os esperados nestes piezômetros.
Observa-se que a saturação da fundação da barragem nas seções 2 e 4 das ombreiras já está
estabelecida, enquanto que o PW317 instalado na fundação da seção do leito do rio e o
PW301, instalado a montante no núcleo, mostram evolução de subpressão com mesma
intensidade.
Estes PWs registram perdas de carga em relação ao reservatório relativamente baixas. Este
fato pode ser atribuído a uma percolação pelas ombreiras, que nesta elevação tem um caminho
mais longo que nas demais seções, ou pela menor permeabilidade do maciço rochoso no leito
do rio, ou ainda por uma maior facilidade de percolação no sentido montante/jusante por
alguma feição mais permeável que tenha surgido ao longo do tempo.
79
Figura 3.21: Piezômetros da Seção 3. Fonte: CEMIG, 2011
80
Figura 3.22: Células de pressão total da Seção 3. Fonte: CEMIG, 2011
81
Os instrumentos localizados no centro e a jusante do núcleo, abaixo da elevação 460m, PWs
304, 305, 307, 308, 310, 311 revelam que a saturação ainda ocorre nesta região, com uma
possível estabilização da maioria em curto prazo. Os instrumentos instalados a jusante na
parte superior do núcleo já se estabilizaram. Estas observações são normais uma vez que se
trata da seção de máxima altura da barragem onde o núcleo é bastante espesso na parte
inferior.
Praticamente todos os piezômetros instalados no centro e a jusante do núcleo apresentam
valores relativamente altos de poropressão.
A célula CW302, instalada acima da CW301, registra tensões verticais maiores que as
registradas na CW301. Esta constatação faz supor que existe um alívio de tensões na base da
barragem devido a um arqueamento longitudinal do maciço devido ao formato muito fechado
do vale.
Algumas células instaladas a jusante do núcleo registram valores melhores que aqueles
determinados teoricamente, como é o caso da CW305. Esta célula deve sofrer influência das
transições que uma vez mais rígida que o núcleo concentra mais tensões. O mesmo ocorre na
CW308.
Tanto as células verticais e horizontais instaladas na parte superior da barragem registram
acréscimo de tensões totais e efetivas o que pode ser justificado pelo movimento longitudinal
do maciço no sentido ombreiras/vale do antigo leito do rio ou também pela influência do
reservatório quando este está cheio. Esta ultima hipótese fica mais clara nas células que
medem tensão horizontal (PWs 311 e 313).
82
3.7.2 Análise das vazões
Figura 3.23: Localização dos medidores de vazão. Fonte: CEMIG, 2011
A Figura 3.23 apresenta a localização dos vertedouros de vazão (VV's).
Com relação aos VV002 e VV004, que medem as vazões percoladas de regiões que contém as
seções 2 e 4 respectivamente, são observados comportamentos diferentes. Este fato pode ser
justificado pelas características geológicas e morfológicas da fundação das duas seções.
O medidor VV004 respondeu rapidamente a evolução do reservatório devido à
permeabilidade da margem esquerda ser maior que a da ombreira direita. O VV002 só veio a
receber água percolada um ano após o VV004 registrar as primeiras leituras. Ainda assim o
VV002 praticamente não registra vazões, apesar dos piezômetros desta seção apresentarem
cargas consideradas. Há uma tendência maior de crescimento das vazões medidas pelo
VV002, pelo fato dos piezômetros localizados na base a jusante da seção 2, estarem ainda em
acréscimos.
83
Em relação aos VV's instalados no alto das ombreiras, VV001 e VV005, pode-se dizer que o
da ombreira direita apresentou vazões em períodos de reservatório cheio, mas em 2010 não
houve vazões. Este fato tem coerência quando foi observado que o piezômetro PW502,
instalado após a cortina de injeções, vem registrando quedas, traduzindo em uma melhora na
permeabilidade da fundação. O VV005 instalado na ombreira esquerda nunca tinha registrado
vazões até o ultimo enchimento.
O VV003 é o medidor de vazão mais importante para evidenciar eventuais problemas de
fluxo da barragem.
Conforme o Relatório de Interpretação do Comportamento da Barragem de Terra e
Enrocamento, CEMIG (2007), os registros indicam vazão da ordem de 18,33 l/s, pouco acima
da vazão estimada em projeto.
3.7.3 Análise de deslocamentos horizontais superficiais
De acordo com o trabalho de Aires (2006), que aborda estudos de tensão-deformação da
barragem de Irapé e apresenta resultados para o período construtivo da barragem, conforme a
Figura 3.24, os deslocamentos registrados especialmente no talude de jusante (em torno de
0,05 a 0,10m) encontram-se compatíveis com os valores aferidos pelos marcos superficiais
para o mesmo período. Segundo Aires, o modelo linear-elástico com incrementos, foi
empregado em todos os materiais e tenta simular grosseiramente a não linearidade do
comportamento tensão deformação dos materiais. Uma das grandes diferenças em relação a
um modelo verdadeiramente não linear reside no fato de que este último calcula
automaticamente as variações do módulo de rigidez para cada incremento de elementos de
acordo com o nível de tensões; ao passo que no modelo adotado, a reavaliação do módulo de
elasticidade é feita “a priori” e é independente dos incrementos (ocorrendo, portanto, menos
vezes).
De modo geral os deslocamentos horizontais verificados em campo, no sentido longitudinal,
indicam tendência de deslocamentos convergindo para o centro do vale. Longitudinalmente os
maiores deslocamentos da crista concentram-se nas ombreiras. Os Marcos Superficiais - MSs
014 e 015 já deslocaram 13,5cm enquanto que os MS 010 e 017, movimentaram 12cm. No
talude de jusante os deslocamentos máximos foram nos MS023 e 029 com valores em torno
de 20cm.
84
Figura 3.24: Deslocamentos horizontais no final de construção pelo modelo linear-elástico
com incrementos. Fonte: Aires, 2006
Os maiores deslocamentos horizontais transversais observados na crista, concentram-se na
região central, de máxima altura, registrando, na estaca 16 (MS019) 22,6cm para jusante,
enquanto o MS012 apresenta 18,5cm no mesmo sentido. Nas bermas mais baixas, os
deslocamentos para jusante tendem à estabilização. Nos MSs instalados na altura média e
mais alta da barragem, os deslocamento suavizam após o enchimento do reservatório, mas
sem indício de estabilização.
Os maiores deslocamentos para jusante ocorrem na região de maior altura. O MS 030 registra
70 cm para jusante, mas não se pode afirmar que este seja o maior deslocamento, pois alguns
marcos tiveram suas leituras interrompidas durante a construção.
A Figura 3.25 apresenta uma visão geral dos deslocamentos horizontais, enquanto a Figura
3.26 apresenta um deslocamento em escada de acesso à cabine de instrumentação.
Figura 3.25: Localização dos marcos superficiais e direção dos deslocamentos horizontais
superficiais. Fonte: CEMIG, 2012
85
Figura 3.26: Vista de deslocamento em escada de acesso à instrumentação. CEMIG, 2014
3.7.4 Análise recalques
De acordo com o trabalho de Aires (2006), Figura 3.27, que aborda o período construtivo da
barragem, os recalques registrados encontram-se compatíveis com os valores aferidos pelos
marcos superficiais para o mesmo período. Os recalques máximos ocorrem a
aproximadamente dois terços da altura da barragem, um resultado aceitável. O fato de o maior
recalque ocorrer à meia altura da barragem não se aplica neste caso, tendo-se em vista que o
zoneamento do núcleo é composto por 3 materiais com diferentes módulos de elasticidade,
considerando ainda que, o módulo mais elevado encontra-se no material da base do núcleo.
Ressalta-se a aplicabilidade desta análise mesmo considerando que os dados desta são
relativos somente ao período de construção, lembrando que os maiores recalques ocorrem no
período construtivo.
-1.4
-1.2
-1
-0.8 -0.6
-0.4 -0.2
distancia
-40 -20 0 102030405060708090 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390 410 430 450 470 490 510 530 550 570 590 610 630 650-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
8090
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350360
370
380
390
400
410
420
430
440
450
460
Ele
vation,
mete
rs
Distance, meters
Figura 3.27: Recalques no final de construção pelo modelo linear-elástico com incrementos.
Fonte: Aires, 2006
86
Os maiores recalques da crista concentram-se em torno da maior altura da barragem. No
talude de jusante os maiores recalques são registrados seção de maior altura, (MS 030, 034 e
038) e nos MS 029 e 031 instalados na ombreira esquerda.
Comparando as seções 2 e 4, observam-se valores de recalques superiores na seção 4. Uma
possível justificativa pode residir na diferença de geometria da fundação, sendo a seção 2
mais “encaixada” que a seção 4, a qual teria mais facilidade em se “espraiar”, gerando
consequentemente mais recalques. Outra hipótese a ser considerada seria a de interferências
predominantes da tridimensionalidade nestas duas seções, não somente do barramento, mas
envolvendo igualmente a configuração do vale. A ocorrência de recalques diferenciais pode
favorecer o surgimento de trincas, em decorrência da diferença de rigidez entre o material do
núcleo (argiloso) e os espaldares, que são mais rígidos. Deste modo, parte do peso do núcleo é
transferido para os espaldares, produzindo um efeito de arco.
Na seção de altura máxima, em relação ao acompanhamento da evolução dos recalques no
talude de montante, verificou-se um incremento nos instrumentos em operação, apesar da
barragem já ter sofrido vários enchimentos.
No centro do núcleo foram instalados medidores de recalque magnéticos no tubo do
inclinômetro. Estes medidores indicam recalques construtivos máximos no topo do terço
médio do maciço. O primeiro enchimento contribuiu com, no máximo, cerca de 13% do
recalque verificado no terço superior do maciço.
A Figura 3.28 apresenta a localização dos medidores de recalque na seção 3.
87
Figura 3.28: Medidores de recalque na seção 3. Fonte: CEMIG, 2011
88
Os maiores recalques ocorridos a jusante da barragem, foram registrados na CS308 instalada
na proximidade da transição. Na El. Superior 460m, também são medidos recalques
específicos importantes.
Na seção 3 também observam-se diferenças de valores de recalque oriundos dos diversos
tipos de materiais componentes do barramento. Os instrumentos instalados nos enrocamentos,
em geral, indicam recalques menores que os do núcleo. No caso da seção 3, o efeito da
tridimensionalidade não foi tão importante, de tal forma que em uma modelagem 2D, os
resultados foram compatíveis com os obtidos de campo.
89
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo são apresentados as análises e resultados referentes à aplicação dos métodos
FMEA e ETA para a barragem de Irapé, conforme o estudo de caso apresentado.
4.1 Aplicação do método FMEA
A primeira etapa para a aplicação da FMEA é a estruturação dos sistemas da barragem. A
escolha dos sistemas considerados é realizada em função da importância de cada elemento
para a definição dos modos de falhas e seus efeitos.
Os sistemas da barragem de Irapé foram escolhidos a partir de dados de projeto,
considerando, principalmente, a análise das seções da barragem. A Figura 4.1 apresenta estes
sistemas. Já a Figura 4.2, que é uma reprodução da Figura 3.11, apresenta a seção principal da
barragem da UHE Irapé, favorecendo, deste modo, a compreensão dos sistemas propostos.
Sistemas - UHE Irapé
1 - Barragem de Terra-enrocamento
1.1 - Crista
1.2 - Enrocamento de jusante
1.2.1 - Zona 9
1.2.2 - Zona 6
1.2.3 - Zona 5/5A
1.3 - Transições de jusante e montante (zonas 2A*, 3*, 3A*, 4*)
1.4 - Filtro (zona 2)
1.5 - Núcleo Impermeável
1.6 - Rip-Rap (zona 7)
1.7 - Enrocamento de montante
1.7.1 - Zona 6
1.7.2 - Zona 5L
2 - Concreto de Enchimento 3 - Fundação
4 - Ombreira Direita
5 - Ombreira Esquerda
Figura 4.1: Sistemas utilizados na FMEA de Irapé.
Para a elaboração dos sistemas, deve-se avaliar o nível de profundidade necessária para as
informações, tornando o estudo mais objetivo e eficiente. Sistemas muito detalhados podem
demandar muito tempo de análise e nem sempre chega-se a um resultado satisfatório. Já os
sistemas muito simplificados podem prejudicar a análise por falta de informações pertinentes.
90
Figura 4.2: Seção transversal de maior altura da UHE de Irapé. Fonte: Lima, 2009
91
Tabela 4.1: Materiais constituintes da barragem de Irapé
Sigla do Material Descrição Espessura das
camadas (cm)
1-J1 Solo argilo - arenoso (jazida 1 – Ombreira direita) 20 - 25
1-J2 Solo areno - argiloso (jazida 2 – Ombreira esquerda) 20 - 25
2 Filtro de areia natural 40
2A* Areia artificial – transição de montante 40
3* Transição Fina 40
3A* Transição média 40
3B "Cascalho" 40
4* Transição Grossa 40
5 Enrocamento de Rocha pouco a medianamente decomposta 40
5A Enrocamento de Rocha medianamente a muito decomposta 40
5L "Random" – Rocha muito decomposta a saprolito (Lixiviada) 40
6 Enrocamento de Rocha pouco decomposta a sã 80
6B* Enrocamento de Rocha pouco decomposta a sã 80
7* Enrocamento de Proteção (Rip-Rap) 120
9* Enrocamento de revestimento 120
*Material proveniente da pedreira Olhos d‟água – “isento de sulfetos”. Fonte: Lima, 2009
Diversos tipos de informações podem ser consideradas na FMEA, tais como o acesso ao local,
sistema extravasor, tomada de água, existência de barragens a montante, entre outros,
favorecendo uma abordagem mais completa da segurança da barragem. A FMEA também
pode ser utilizada para análises relacionadas à operação e manutenção eletromecânica, onde é
reconhecidamente eficiente. Como este trabalho tem foco em geotecnia, foram consideradas
apenas os aspectos relacionados à barragem de terra e enrocamento de Irapé. A aplicação da
FMEA considerou o estágio atual da estrutura, tendo como principais referências as inspeções
de segurança realizadas na barragem e os relatórios de análise da instrumentação, cujas
informações centrais estão apresentadas no estudo de caso do Capítulo 3.
As classificações dos índices de severidade, ocorrência e detecção foram referenciadas na
Tabela 2.2 apresentada no capítulo 2, repetida a seguir na Tabela 4.2, seguindo o que foi
apresentado por Melo (2014). Nessa tabela foi incluída a numeração de classes (algarismos
romanos) para a severidade e ocorrência.
92
Tabela 4.2: Descrições de incertezas
Fonte: MELO, 2014, adaptado de ESPÓSITO e PALMIER, 2013.
À exemplo de Melo (2014), foi adotado o layout baseado nos trabalhos recentes de Espósito e
Palmier (2013) e Portes (2013), que engloba os itens usualmente adotados na metodologia. A
Figura 4.3 apresenta um trecho referente ao subsistema principal “barragem”, para o modo de
falha "galgamento da barragem". Devido à sua extensão, a tabela completa está disposta no
Apêndice A.1.
FUNÇÃOMODO DE
FALHA
EFEITO
FINALCAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Monitoramento do nível
dos afluentes e do
reservatório por sistema
de telemetria
Detecção
Deplecionamento do
reservatório e formação
de volume de espera
Prevenção
Monitoramento da
estabilidade dos taludes
na região do reservatório
Detecção
Estabilizar os taludes,
caso necessárioPrevenção
Falha de
projeto1 I 9
Utilização dos melhores
critérios de projeto
conhecidos
Prevenção 1 9
S O
1 Barragem de terra-enrocamento
Conter o
reservatório
1 (1)
Galgamento da
barragem
Formação de
processos
erosivos
externos e
abertura de
brecha
9 V
Vazão
afluente
superior à
capacidade
extravasora
1 I 9 1 9
Escorrega
mento de
taludes na
região do
reservatório
e formação
1 I 9 3 27
Figura 4.3: Layout utilizado para a análise FMEA
As discussões referentes aos resultados mais importantes de Número Preliminar de Risco
(NPR) e criticalidade serão descritos a seguir.
93
Com relação ao NPR, os valores encontrados variaram entre 4 e 180, sendo que a situação que
mais se destaca (correspondente ao valor mais elevado) é o seguinte modo de falha:
Erosão interna na região da ombreira esquerda (5 (2)).
Desta forma, seguindo a metodologia adotada nesta dissertação, este fenômeno foi
selecionado para o desenvolvimento das análises por árvore de eventos, descritas no item 4.2.
Como trata-se de uma barragem instalada em um vale muito encaixado, e com altura
significativa, são esperados efeitos de desconfinamento do maciço nos contatos com as
ombreiras em decorrência da tendência do maciço de se acomodar na direção e sentido do
fundo do vale.
Em Irapé ocorrem também efeitos de arqueamento, tanto na seção transversal quanto
longitudinal. O arqueamento da seção transversal tem origem na diferença de rigidez entre o
material do núcleo (argiloso) e os espaldares, que são mais rígidos. Deste modo, parte do peso
do núcleo é transferido para os espaldares, produzindo um efeito de arco. Já o arqueamento
longitudinal tem como principal razão o formato encaixado do vale, como verifica-se na
Figura 3.16. Esses efeitos de arqueamento têm potencial para agravar o desconfinamento nas
proximidades das ombreiras.
Esta condição já era esperada durante a fase de projeto, de modo que foi utilizado um material
mais plástico na região dos contatos do maciço com as ombreiras, a fim de conformar o
maciço da barragem ao formato do vale durante a ocorrência dos recalques, proporcionando
assim melhor controle do fluxo de água neste local. A mistura de cascalho e argila, que foi
empregada na região mais profunda do vale, também tem como finalidade mitigar a
ocorrência de recalques diferenciais.
O valor de 180 encontrado para este NPR pode ser justificado da seguinte forma:
Severidade (9) - Muito grave
Como verificado nos estudos de Foster, Fell e Spannagle (2000), uma parcela significativa das
rupturas de barragem têm como causa a ocorrência de piping. Este fato, por si só, já
justificaria um valor elevado para a avaliação da severidade. A altura da barragem de Irapé, de
210m, também reforça a adoção deste critério.
94
Ocorrência (4) - Ocasional
Os resultados da análise de instrumentação na região da ombreira esquerda, principalmente na
seção 4, indicam uma tendência de queda dos valores de tensão efetiva sem que haja aumento
compatível de poro-pressão. Este fato confirma a ocorrência de desconfinamento do maciço.
Ratifica-se que as células de pressão total instaladas neste local fornecem valores adequados,
acima dos limites de controle definidos pela projetista. Deste modo, mesmo com a redução
dos valores horizontais de tensão efetiva, as condições de segurança estão adequadas no
momento, sem risco de ruptura hidráulica neste ponto.
Detecção (5) - Moderado
O medidor de vazão VV004, correspondente à seção 4, apresenta valores estabilizados,
dentro dos limites estabelecidos no projeto. A operação adequada deste instrumento é de
grande importância para a identificação de processos de piping nesta região, uma vez que
indica tanto a vazão quanto o carreamento de materiais particulados. Os piezômetros e células
de carga nesta região também operam normalmente, favorecendo a identificação de
anomalias.
Este medidor de vazão (VV004), porém, apresenta alguma correlação com o nível do
reservatório, o que pode ser justificado pela permeabilidade do maciço rochoso da ombreira
esquerda. Deste modo, o valor medido neste instrumento pode apresentar uma interferência
externa à seção 4, o que pode influir nas análises.
Como o medidor de vazão VV005, localizado na parte superior da ombreira esquerda, possui
poucos registros (normalmente está seco) e aparentemente também apresenta interferência do
maciço rochoso nas leituras, considerou-se que o índice de detecção de um processo de piping
na ombreira esquerda é moderado.
A matriz de risco elaborada para a barragem de Irapé, conforme a Figura 4.4, apresenta a
criticalidade dos modos de falhas mais importantes encontrados na FMEA. Nesta Figura
foram considerados os valores de criticalidade superiores a 30, que representam cerca de 13%
do total de valores de criticalidade encontrados. O valor mais alto encontrado foi 60, enquanto
o mais baixo foi 4.
95
Oco
rrên
cia
V
IV
III 1(3), 5(1), 5(2) 1(2), 1.2(1)
II 1(3), 1.7(3),
1.7.2(2), 4(1)
1(2), 1.2(2),
1.2.2(2),
1.2.3(1), 1.2.3(2/),
1.7(2), 1.7.1(2),
1.7.2(2)
I
I II III IV V VI
Severidade
Figura 4.4: Matriz de risco para os elementos mais significativos da barragem de Irapé.
Com relação à criticalidade, verificou-se que a causa que mais afetou o desempenho está
relacionada à falhas no sistema de instrumentação. Em Irapé tanto a temperatura elevada, que
alcança 80º em alguns locais, quanto o pH ácido afetam o funcionamento de alguns
instrumentos, o que pode prejudicar a avaliação do comportamento da barragem. De modo
geral, os instrumentos mais afetados são os medidores de recalque elétrico.
Também teve destaque a ocorrência de pressões elevadas em algumas regiões do núcleo, que
pode estar associada à instabilidade do maciço. Ressalta-se que os valores de referência para
determinação dos limites de poropressão são os dados obtidos em simulações numéricas
durante a fase de projeto, sendo frequente que os valores observados em campo sejam
divergentes da previsão numérica. Deste modo, ultrapassar estes valores não indica,
necessariamente, um indício de mal comportamento. Segundo Viotti et al. (2014), o
comportamento estrutural da barragem é satisfatório.
O formato encaixado do vale foi outro fator que contribuiu com valores significativos de
criticalidade, uma vez que sua Ocorrência é expressiva na barragem da UHE Irapé.
Comparando a criticalidade dos modos de falha com o NPR, verifica-se que a matriz de risco
favorece uma visualização da FMEA como um todo, propiciando uma análise rápida das
informações. O NPR, porém, ao considerar fatores relacionados à identificação dos modos de
falha, proporciona um resultado mais adequado para este trabalho, considerando-se,
96
principalmente, que a aplicação em Planos de Ação de Emergência demandam respostas
rápidas onde a identificação de eventuais problemas é uma etapa primordial. Deste modo, a
escolha da metodologia mais adequada varia de acordo com os objetivos propostos para a
análise.
Em relação ao Projeto GT490, descrito no item 2.6, o uso do NPR também é o mais indicado,
considerando-se que deve ser definido um valor de corte dos modos de falhas mais
importantes. Este valor de corte, que pode ser específico para cada barragem, precisa levar em
consideração tanto os modos de falhas mais importantes quanto a equipe que irá desenvolver
os trabalhos, de forma a viabilizar os estudos. A FMEA, neste caso, deve considerar não só
aspectos diretamente relacionados à barragem, mas todos os fatores relacionados à segurança
da estrutura, tais como o acesso à instalação, confiabilidade de operação dos equipamentos
eletromecânicos, circuito de adução, capacidade de resposta da equipe local, variações das
características da bacia hidrográfica e demais fatores que possam interferir na segurança da
instalação.
Os valores encontrados para a barragem de Irapé estão condizentes com o trabalho de Melo
(2014), que utilizou a mesma metodologia para o desenvolvimento de estudos de FMEA para
as barragem de Três Marias e Emborcação. Tanto os resultados de NPR quanto a matriz de
risco apresentaram resultados pertinentes ao comportamento verificado em campo.
Algumas medidas podem ser adotadas para reduzir o NPR, atuando principalmente na
Ocorrência e Detecção. Quanto à Detecção, as melhorias estão normalmente relacionadas à
implantação e adequação de equipamentos de instrumentação, realização de estudos de
investigação do comportamento dos materiais, avaliação dos critérios de projeto, aumento da
frequência de inspeções visuais e análise de dados. A redução dos valores associados à
Ocorrência está normalmente relacionada à realização de obras civis de manutenção e
adequação, além da adoção de critérios adequados de projeto.
4.2 Aplicação do método ETA
A análise por árvores de eventos - ETA é normalmente aplicada no contexto da segurança de
barragens considerando o comportamento esperado para os diversos modos de falha na
condição atual da estrutura, tendo como resultado uma estimativa da probabilidade anual de
ruptura.
97
Para a elaboração das árvores de eventos desta dissertação, porém, foi considerada não a
condição atual da estrutura, mas o comportamento mais provável esperado para o fenômeno
(modo de falha) caso este venha a se concretizar, de acordo com as particularidades da
estrutura. Sendo assim, logicamente os resultados obtidos representam valores hipotéticos
elevados e não podem ser diretamente comparados com outros estudos que buscaram
estabelecer a probabilidade anual de ruptura por piping, como por exemplo o trabalho de
Ladeira (2007).
A abordagem empregada neste trabalho, entretanto, favorece a realização de análises
comparativas entre este comportamento previsto para o fenômeno e os resultados esperados
após a aplicação de ações preventivas e corretivas no contexto do PAE. A partir do momento
que se conhece o comportamento esperado para determinado modo de falha, pode-se simular
quais ações de resposta apresentam uma perspectiva de maior eficiência para controlar a
evolução do evento indesejado, favorecendo assim o processo de tomada de decisão durante
situações críticas.
Conforme descrito na Tabela 3.1., também reproduzida na Tabela 4.3, os valores de
probabilidade foram baseados nos descritores adotados por Vick (1992).
Tabela 4.3: Descrições de incertezas
Descrição qualitativa Probabilidades
Impossível (1) 0,01
Improvável (2) 0,1
Incerto (3) 0,5
Provável (4) 0,9
Quase certo (5) 0,99
(1) Não apresenta probabilidade de acontecer
(2) Muito difícil de ocorrer.
(3) Duvidoso ou indeterminado
(4) Apresenta probabilidade de ocorrer
(5) Contém condições essenciais à sua realização, quase certo de ocorrer.
Fonte: Vick, 1992, citado por Foster e Fell, 1999
98
Como as árvores de eventos desenvolvidas ficaram extensas, elas foram inseridas no apêndice
A.2. Normalmente não é recomendado que as árvores sejam muito longas, mas neste trabalho
optou-se por este procedimento visando favorecer a localização mais precisa da evolução do
fenômeno pelo Coordenador do PAE e a respectiva classificação do nível de perigo da
barragem.
Foram considerados os seguintes cenários:
Árvore de eventos descrevendo o comportamento mais provável esperado para a
ocorrência de piping na ombreira esquerda da barragem de Irapé, conforme o
Apêndice A.2.1. Esta pode ser considerada a árvore de eventos central do trabalho,
que será utilizada como referência para as respectivas comparações;
Árvore de eventos considerando a aplicação de um filtro invertido no talude de
jusante, devidamente dimensionado, capaz de envolver toda a região que apresenta
carreamento de partículas, conforme o Apêndice A.2.2;
Árvore de eventos considerando a aplicação de material vedante a montante da região
que apresenta carreamento de partículas, visando reduzir o gradiente hidráulico,
conforme o Apêndice A.2.3;
Árvore de eventos considerando o rebaixamento do reservatório, reduzindo ou
eliminando o gradiente hidráulico na região afetada, conforme o Apêndice A.2.4;
Árvore de eventos considerando o rebaixamento do reservatório, reduzindo ou
eliminando o gradiente hidráulico na região afetada, associada à aplicação de filtro
invertido a jusante, conforme o Apêndice A.2.5.
A Tabela 4.4 apresenta as justificativas alusivas à escolha de cada probabilidade empregada
na árvore de eventos referente ao comportamento esperado para o piping na região da
ombreira esquerda, tendo como referência as informações descritas no estudo de caso da
barragem da UHE Irapé (Capítulo 3).
99
Tabela 4.4: Justificativa das notas aplicadas nos estudos de ETA, com base no estudo de caso
Valor Justificativa
p1 (1) 0.9
Como se trata de um vale muito encaixado, é provável que ocorra uma tendência de
deslocamento do maciço, na região das ombreiras, em direção ao fundo do vale.
Esta tendência pode ser confirmada nas análises de deslocamentos horizontais e
de recalques, nos itens 3.7.3 e 3.7.4.
p1 (2) 0.1Complemento do ramo p1(1). É improvável que não exista tendência de
deslocamento do maciço na direção do fundo dao vale.
p1 (3) 0.9
Este valor foi util izado pois existe uma tendência de redução dos valores de tensão
total e efetiva na ombreira esquerda, como verificado nos itens 3.7.1. Cabe
ressaltar que os valores medidos estão dentro dos l imites estabelecidos em
projeto. Porém, caso o evento de piping venha a se desenvolver, é provável que
ocorra queda nos valores de tensão total e efetiva.
p1 (4) 0.1 Complemento do ramo p1(3).
p1 (5) 0.9
Caso ocorra deslocamento do maciço da barragem na região da ombreira em
direção ao fundo do vale, seguido de quedas significativas dos valores de tensão
efetiva (acima dos l imites estabelecidos), é provavel queu ocorra fraturamento
hidráulico, com a formação de caminhos preferenciais e elevação das
poropressões até a proximidade do fi ltro. Este efeito é esperado tanto em função do
formato do vale, como pelos processos de arqueamento.
p1 (6) 0.1 Complemento do ramo p1(5).
p1 (7) 0.9
A partir do momento que existe formação de caminhos preferenciais e aumento de
poropressões, é provável que ocorra aumento de percolação na região da
ombreira. O fato do VV004 operar normalmente, apesar de eventual interferência
como nível do reservatório, também reforça esta informação.
p1 (8) 0.1Complemento do ramo p1(7). É improvável que ocorra colmatação do fi ltro e
redução de percolação, visto que foram util izados critérios adequados de projeto.
p1 (9) 0.5
Considerando que foram util izados critérios adequados de projeto para o
dimensionamento do fi ltro, e que a areia pode se moldar ao formato do vale em
caso de deslocamentos, considera-se incerta a possibil idade de falha no fi ltro e
início de formação de processo de piping. Ressalta-se que, caso os deslocamentos
sejam acentuados, associados também os efeitos de arqueamento, estas falhas
podem ocorrer.
p1 (10) 0.5 Complemento do ramo p1(9).
p1 (11) 0.9
Caso exista uma elevação de poropressão, associada a um mal comportamento do
fi ltro e início de piping, é provável que ocorra aumento de vazão e carreamento de
materiais particulados (progressão do piping). Este fato pode ser reforçado pela
altura significativa do barramento e volume do reservatório.
p1 (12) 0.1Complemento do ramo p1(11). É improvável que movimentações de massa
decorrentes do processo de formação de piping interrompam o fenômeno.
p1 (13) 0.9
Considerou-se provável a possibil idade de colapso da crista e formação de brecha,
pois o tamanho do reservatório, durante uma ocorrência de piping, tende a
produzir grandes aberturas que levam ao colapso da crista. A distribuição de
tensões na região da ombreira e os efeitos de arqueamento longitudinal podem
amenizar este processo, mas ainda assim adotou-se a probabilidade de 0,9 para
este efeito.
p1 (14) 0.1 Complemento do ramo p1(13).
p1 (15) 0.99Caso ocorra o colapso da crista e formação de brecha, é quase certo que ocorrerá a
ruptura da barragem.
Árvore de eventos do comportamento esperado para o piping
100
Tabela 4.4: Justificativa das notas aplicadas nos estudos de ETA, com base no estudo de caso
(continuação)
Valor Justificativa
p1 (16) 0,01Complemento do ramo p1(15). É quase impossível que o colapso da crista
interrompa o processo de piping.
p1 (17) 0,9
Mesmo que não ocorra o colapso da crista, é provável que o piping leve ao
rompimento da barragem. Este fato somente não aconteceria caso o piping ocorra
em uma altura muito elevada, e o rebaixamento do reservatório paralisasse o
processo.
p1 (18) 0,1 Complemento do ramo p1(17).
p1 (19) 0,5
Os fatores de segurança estabelecidos em projeto são superiores aos mínimos
exigidos pela legislação. Deste modo, mesmo que o fi ltro esteja colmado e ocorra
elevação dos valores de poropressão, considerou-se incerta a ocorrência de perda
de estabilidade local.
p1 (20) 0,5 Complemento do ramo p1(19).
p1 (21) 0,9
Caso ocorra perda da estabilidade local associada à colmatação do fi ltro, é
provável que os deslocamentos causem fissuras no fi ltro, levando ao carreamento
de partículas do solo.
p1 (22) 0,1 Complemento do ramo p1(21).
p1 (23) 0,9
Caso ocorram fissuras no fi ltro e início de processo de piping, é provável que
ocorra aumento de vazão e carreamento de materiais particulados (progressão do
piping). Este fato pode ser reforçado pela altura significativa do barramento e
volume do reservatório.
p1 (24) 0,1Complemento do ramo p1(23). É improvável que movimentações de massa
decorrentes do processo de formação de piping interrompam o fenômeno.
p1 (25) 0,9
Considerou-se provável a possibil idade de colapso da crista e formação de brecha,
pois o tamanho do reservatório, durante uma ocorrência de piping, tende a
produzir grandes aberturas que levam ao colapso da crista. A distribuição de
tensões na região da ombreira e os efeitos de arqueamento longitudinal podem
amenizar este processo, mas ainda assim adotou-se a probabilidade de 0,9 para
este efeito.
p1 (26) 0,1 Complemento do ramo p1(25).
p1 (27) 0,99Caso ocorra o colapso da crista e formação de brecha, é quase certo que ocorrerá a
ruptura da barragem.
p1 (28) 0,01Complemento do ramo p1(27). É quase impossível que o colapso da crista
interrompa o processo de piping.
p1 (29) 0,9
Mesmo que não ocorra o colapso da crista, é provável que o piping leve ao
rompimento da barragem. Este fato somente não aconteceria caso o piping ocorra
em uma altura muito elevada, e o rebaixamento do reservatório paralisasse o
processo.
p1 (30) 0,1 Complemento do ramo p1(29).
Árvore de eventos do comportamento esperado para o piping
As Tabelas de 4.5 a 4.8 apresentam as justificativas das probabilidades de evolução do
fenômeno de piping considerando as respectivas intervenções realizadas na estrutura. Para
favorecer a leitura, são apresentadas apenas as justificativas das notas que sofreram algum
tipo de alteração em relação à Tabela 4.4.
101
Estas avaliações são ainda mais subjetivas que aquelas empregadas na Tabela 4.4, quando
foram utilizadas informações referentes às características e ao comportamento da barragem
para avaliar a maneira mais provável de evolução do modo de falha.
Deste modo, os valores adotados para as tabelas a seguir dependem ainda mais da
interpretação adotada pelos autores. Este fato, porém, não reduz a funcionalidade da
metodologia, desde que sejam adotados critérios semelhantes para o desenvolvimento das
ETA's. Se esta condição for respeitada, as análises comparativas apresentarão resultados
pertinentes.
Tabela 4.5: Justificativa das notas aplicadas nos estudos de ETA, considerando o
comportamento esperado para o piping após a aplicação de filtro a jusante
Valor Justificativa
p2 (11) 0,01
Após a aplicação de um filtro invertido no talude de jusante, devidamente
dimensionado, capaz de envolver toda a região que apresenta carreamento de
partículas, espera-se que seja quase impossível a progressão do piping. A literatura
aponta que, mesmo com gradientes elevados, não ocorre carreamento de partículas
quando o fi ltro é devidamente dimensionado. Cabe ressaltar, porém, que a
aplicação deste tipo de intervenção em uma barragem de enrocamento de grande
dimensão pode ser complexa e demandar um tempo significativo. Deste modo, deve-
se avaliar a velocidade de evolução do piping em relação ao tempo previsto para
implementar esta intervenção.
p2 (12) 0,99Complemento do ramo p2(11). Caso a intervenção proposta seja devidamente
implementada, é quase certo que o piping não irá progredir.
p2 (23) 0,01
Após a aplicação de um filtro invertido no talude de jusante, devidamente
dimensionado, capaz de envolver toda a região que apresenta carreamento de
partículas, espera-se que seja quase impossível a progressão do piping. A literatura
aponta que, mesmo com gradientes elevados, não ocorre carreamento de partículas
quando o fi ltro é devidamente dimensionado. Cabe ressaltar, porém, que a
aplicação deste tipo de intervenção em uma barragem de enrocamento de grande
dimensão pode ser complexa e demandar um tempo significativo. Deste modo, deve-
se avaliar a velocidade de evolução do piping em relação ao tempo previsto para
implementar esta intervenção.
p2 (24) 0,99Complemento do ramo p2(23). Caso a intervenção proposta seja devidamente
implementada, é quase certo que o piping não irá progredir.
Árvore de eventos do comportamento esperado para o piping após a aplicação de
filtro a jusante
102
Tabela 4.6: Justificativa das notas aplicadas nos estudos de ETA, considerando o
comportamento esperado após a aplicação de material vedante no talude de montante
Valor Justificativa
p3 (11) 0,5
Após a aplicação de material vedante no talude de montante, ocorre um aumento
da distância percorrida através do maciço da barragem pela água, reduzindo o
gradiente hidráulico. O material lançado pode ainda colmatar os caminhos
preferenciais no maciço. Caso o fi ltro não esteja operando de maneira correta,
porém, é incerto que estas ações tenham um resultado adequado, já que existe a
tendência de carreamento de partículas de solo ao longo do tempo. Apesar de ser
menos eficiente a longo prazo, este tipo de medida tem uma aplicação mais simples
e rápida que a implantação de um filtro invetido no talude de jusante. Pode-se
avaliar também o uso de materiais geossintéticos para esta finalidade.
p3 (12) 0,5 Complemento do ramo p3(11).
p3 (23) 0,5
Após a aplicação de material vedante no talude de montante, ocorre um aumento
da distância percorrida através do maciço da barragem pela água, reduzindo o
gradiente hidráulico. O material lançado pode ainda colmatar os caminhos
preferenciais no maciço. Caso o fi ltro não esteja operando de maneira correta,
porém, é incerto que estas ações tenham um resultado adequado, já que existe a
tendência de carreamento de partículas de solo ao longo do tempo. Apesar de ser
menos eficiente a longo prazo, este tipo de medida tem uma aplicação mais simples
e rápida que a implantação de um filtro invetido no talude de jusante. Pode-se
avaliar também o uso de materiais geossintéticos para esta finalidade.
p3 (24) 0,5 Complemento do ramo p3(23).
Árvore de eventos do comportamento esperado para o piping após a aplicação de
material vedante no talude de montante
Tabela 4.7: Justificativa das notas aplicadas nos estudos de ETA, considerando o
comportamento esperado após o rebaixamento do reservatório
Valor Justificativa
p4 (7) 0,1
A partir do rebaixamento do reservatório anterior ao início do processo de piping,
o gradiente hidráulico na região afetada é reduzido ou eliminado, sendo
improvável o aumento da percolação na região da ombreira. Cabe ressaltar que o
rebaixamento do reservatório para profundidades maiores pode ser lento, sendo
que esta operação é restrita ao NA mínimo minimorum (cota 470,80m) quando são
util izados os mecanismos previstos originalmente no projeto. Durante o
procedimento, deve-se avaliar o comportamento do talude de montante, pois nem
sempre as condições são as mesmas daquelas verificadas em projeto.
p4 (8) 0,9Complemento do ramo p4(7). Com o rebaixamento do reservatório é provável que
não ocorra aumento de percolação de água.
p4 (11) 0,1
O rebaixamento do reservatório em 40m é bastante significativo para a ombreira
esquerda, reduzindo o gradiente e a força de percolação. Deste modo, considerou-
se improvável que o piping tenha progressão nestas condições.
p4 (12) 0,9Complemento do ramo p4(11). Com o rebaixamento do reservatório é provável que
não ocorra a progressão do piping.
Árvore de eventos do comportamento esperado para o piping após o
rebaixamento do reservatório
103
Tabela 4.8: Justificativa das notas aplicadas nos estudos de ETA, considerando o
comportamento esperado após o rebaixamento do reservatório associado à implantação de um
filtro invertido no talude de jusante
Valor Justificativa
p5 (7) 0,1
A partir do rebaixamento do reservatório anterior ao início do processo de piping,
o gradiente hidráulico na região afetada é reduzido ou eliminado, sendo
improvável o aumento da percolação na região da ombreira. Cabe ressaltar que o
rebaixamento do reservatório para profundidades maiores pode ser lento, sendo
que esta operação é restrita ao NA mínimo minimorum (cota 470,80m) quando são
util izados os mecanismos previstos originalmente no projeto. Durante o
procedimento, deve-se avaliar o comportamento do talude de montante, pois nem
sempre as condições são as mesmas daquelas verificadas em projeto.
p5 (8) 0,9Complemento do ramo p5(7). Com o rebaixamento do reservatório é provável que
não ocorra aumento de percolação de água.
p5 (11) 0,01
O rebaixamento do reservatório, que reduz o gradiente e a força de percolação,
associado à implantação de um filtro invertido devidamente dimensionado no
talude de jusantetornam quase impossível que o piping tenha progressão nestas
condições.
p5 (12) 0,99Complemento do ramo p5(11). Com o rebaixamento do reservatório é quase certo
que não ocorra a progressão do piping.
Árvore de eventos do comportamento esperado para o piping após o
rebaixamento do reservatório associado à implantação de um filtro invertido a
jusante
Verificou-se que a aplicação do método pode ser rápida, dinâmica e eficiente, desde que
exista um conhecimento prévio sobre a estrutura e os modos de falha. Os resultados obtidos
neste estudo, que tem como principal foco a manutenção das condições de segurança da
barragem durante situações emergenciais, podem ainda ser cruzados com outras informações
pertinentes, a saber: a viabilidade de implantação das respectivas medidas no sítio da
barragem, de acordo com as condições locais, ou o tempo necessário para cada ação de
resposta. Estas medidas, porém, não foram consideradas nesta dissertação, ficando a cargo do
responsável pelo processo de tomada de decisão.
A Tabela 4.9 apresenta, a grosso modo, uma visualização rápida das probabilidades
encontradas para cada ramo das ETA's que leva à ruptura da barragem. Apresenta também a
soma destas probabilidades para cada cenário, assim como uma análise comparativa entre o
valor do comportamento esperado para o fenômeno e os valores obtidos após a adoção das
respectivas ações emergenciais propostas.
104
Tabela 4.9: Tabela com os resultados obtidos
Cenário PE1 PE2 PE3 PE4 SomatóriaRelação entre
valor inicial e final
Comportamento mais esperado para a
ocorrência de piping na ombreira esquerda da
barragem de Irapé.
2,6 x 10-1 2,6 x 10-2 2,6 x 10-2 2,6 x 10-3 3,15 x 10-1
Aplicação de um filtro invertido no talude de
jusante, devidamente dimensionado, capaz de
envolver toda a região que apresenta
carreamento de partículas.
2,9 x 10-3 2,9 x 10-4 2,9 x 10-4 2,9 x 10-5 3,51 x 10-3 89,7
Aplicação de material vedante a montante da
região que apresenta carreamento de
partículas, visando reduzir o gradiente
hidráulico.
1,4 x 10-1 1,4 x 10-2 1,4 x 10-2 1,4 x 10-3 1,69 x 10-1 1,9
Rebaixamento do reservatório, reduzindo ou
eliminando o gradiente hidráulico na região
afetada.
3,2 x 10-3 3,3 x 10-4 3,53 x 10-3 89,1
Rebaixamento do reservatório, reduzindo ou
eliminando o gradiente hidráulico na região
afetada, associada à aplicação de filtro
invertido a jusante.
3,2 x 10-4 3,2 x 10-5 3,52 x 10-4 893,8
Como esperado, percebe-se que o valor mais elevado de probabilidade ocorre em relação à
descrição do fenômeno hipotético de ocorrência de piping pela ombreira esquerda da
barragem de Irapé. À medida que foram simulados cenários considerando a aplicação de
medidas corretivas e preventivas previstas no PAE, percebe-se a redução da probabilidade de
ocorrência de uma ruptura, conforme a ação adotada e o momento em que é aplicada. As
árvores demonstram que, assim como nas situações reais, quanto mais rápida for implantada a
ação de resposta, e quanto maior sua eficiência, menor será a possibilidade de ocorrência de
uma ruptura de barragem.
O fato dos valores numéricos da Tabela 4.9 apresentarem a mesma base é apenas uma
coincidência deste estudo de caso.
Nestas simulações, que desconsideram aspectos como custo e tempo de implantação,
verificou-se que a aplicação de material vedante na região de montante mostrou-se a opção
menos favorável em termos de eficiência. Ainda assim, é uma técnica que proporcionou uma
redução estimada do risco aproximadamente pela metade.
A implantação de um filtro invertido a jusante apresentou resultado semelhante ao
rebaixamento do reservatório, com redução estimada do risco da ordem de 90 vezes. Ressalta-
se que o rebaixamento do reservatório simulado ocorreu em uma etapa anterior à implantação
105
do filtro invertido. A instalação de um filtro invertido devidamente dimensionado é uma das
medidas mais efetivas para controle de piping, uma vez que permite a percolação de água sem
o respectivo arraste de finos. É, normalmente, mais eficiente que o rebaixamento do
reservatório, dependendo da profundidade da ocorrência do piping. O fato desta medida ter
sido simulada em etapa posterior ao rebaixamento pode justificar a obtenção de resultados
semelhantes.
A atuação conjugada de rebaixamento do reservatório com a implantação de um filtro
invertido na área a jusante da surgência tornou o risco cerca de novecentas vezes menor que a
condição inicial, sendo, portanto, a melhor opção entre os cenários avaliados. Desse modo,
verifica-se que o efeito de ações conjuntas não é, necessariamente, equivalente à soma dos
efeitos individuais, podendo ser bastante benéfico em relação ao resultado final.
Como observado no decorrer deste capítulo, as árvores de eventos podem favorecer não só a
avaliação do comportamento atual das barragens, como é geralmente utilizada, mas também a
visualização e análise da evolução mais provável para determinados modos de falha, como
apresentado no Apêndice A.2.1.
Este tipo de estudo favorece ainda a realização de avaliações comparativas entre diversas
ações de resposta passíveis de serem utilizadas caso o modo de falha venha a se desenvolver,
conforme o Apêndice de A.2.2 a A.2.5. As possibilidades de combinações são ilimitadas, e
devem ser definidas de acordo com a visão dos responsáveis e com os recursos disponíveis.
Deste modo, estas análises têm potencial significativo para serem utilizadas em apoio ao
processo de tomada de decisão durante situações emergenciais envolvendo barragens,
favorecendo a escolha das ações de resposta mais eficientes para controlar ou eliminar o risco.
A condição ideal é que estes estudos sejam desenvolvidos com antecedência, como ação
preventiva, ainda que possa ser utilizado também durante a ocorrência de situações
emergenciais, desde que exista um conhecimento prévio adequado.
Este trabalho teve como foco a realização de estudos referentes a uma eventual ocorrência de
piping na região da ombreira esquerda da barragem da UHE Irapé, porém a metodologia
aplicada pode ser utilizada em outras estruturas considerando também diferentes cenários,
desde que as peculiaridades de cada barragem sejam ser avaliadas caso a caso.
Cabe reforçar a importância destas avaliações serem realizadas por profissionais devidamente
qualificados, com vasta experiência no assunto, considerando ainda a participação de equipes
106
multidisciplinares, e que o trabalho tenha como foco não impor riscos inaceitáveis para a
população de jusante.
Este tipo de informação também tem grande utilidade para a realização de treinamentos, uma
vez que leva os responsáveis a refletir sobre os diversos aspectos relacionados à segurança da
barragem.
107
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS
A metodologia proposta neste trabalho demonstra que técnicas de análise de risco podem ser
utilizadas como auxílio ao processo de tomada de decisão relacionado ao PAE de barragens.
Estas técnicas podem tornar este processo mais rápido e confiável, quando utilizados critérios
adequados de avaliação. Deste modo, entende-se que o resultado final está de acordo com a
justificativa apresentada.
A aplicação da técnica FMEA para identificação dos aspectos mais críticos da barragem e
priorização dos estudos complementares realizados por ETA mostraram-se adequadas, sendo
que os resultados obtidos são representativos do comportamento verificado em campo na
barragem de Irapé. Esta metodologia de priorização também poderá ser utilizada no contexto
do Projeto GT490, a fim de identificar quais árvores de eventos serão elaboradas para cada
barragem, proporcionando uma abordagem representativa e viável para a implantação do
sistema PAEWEB nas barragens gerenciadas pela CEMIG GT. A divisão dos sistemas e
subsistemas da FMEA devem ser bem avaliadas, pois refletem diretamente no resultado final.
A simplificação destes sistemas podem esconder eventuais falhas, enquanto um grande
detalhamento pode inviabilizar a análise.
Com relação à barragem da UHE Irapé, cabe ressaltar que a estrutura está, no momento, em
condições adequadas de segurança e não apresenta indícios de mau comportamento. A
barragem atende a todos os critérios legais e normativos, além de ser devidamente mantida
pela CEMIG GT, que possui uma equipe especializada em engenharia de segurança de
barragens cuja atuação engloba os três pilares da gestão de segurança, que são:
Monitoramento, realizado por meio de inspeções periódicas e instrumentação;
Manutenção civil, visando manter a segurança estrutural e funcional;
Plano de Ação de Emergência, para atuação em eventuais situações críticas.
Quanto à metodologia desenvolvida neste trabalho para a construção de árvores de eventos,
que avalia o comportamento mais provável esperado para um determinado modo de falha,
com a respectiva análise comparativa entre os efeitos proporcionados por diversas ações
emergenciais, verificou-se que o resultado foi bastante satisfatório.
108
Estas árvores de eventos podem ser utilizadas para situar as pessoas intervenientes no PAE
em relação à evolução do fenômeno, apresentando os efeitos mais prováveis esperados no
futuro e favorecendo as classificações de níveis de perigo da estrutura. Deste modo, pode
auxiliar também na identificação do momento mais adequado para a emissão de sinais de
alerta em caso de risco elevado de ruptura.
Além disso, as análises comparativas mostraram-se eficientes para avaliar quais ações de
resposta são mais pertinentes de serem adotadas na barragem para reduzir o risco de acidente.
Sendo assim, as informações disponibilizadas neste estudo representam um instrumento para
auxílio ao processo de tomada de decisão no contexto do PAE de barragens.
A análise empregada nesta dissertação pode representar um diferencial importante em relação
aos modelos que têm sido tradicionalmente utilizados nos PAE's de barragens. Apesar destes
documentos tradicionais serem de grande valia durante as situações emergenciais, muitas
vezes não apresentam de forma clara a evolução dos cenários emergenciais nem as melhores
ações de resposta para mitigar uma condição de risco.
Os estudos de FMEA, que antecedem a elaboração das ETA's, também contribuem
efetivamente para a identificação de pontos críticos nas estruturas, favorecendo o
gerenciamento de riscos. O uso de técnicas de gerenciamento de riscos também é diretamente
favorável aos proprietários de barragens sob o aspecto econômico, reduzindo o custo de
seguros obrigatórios. Este assunto está sendo discutido no Projeto de Lei 6259/2013, que
propõe seguro obrigatório para barragens (BRASIL, 2013).
Cabe ressaltar que a avaliação individual das probabilidades encontradas em cada árvore de
evento elaborada nesta dissertação pode ser pouco representativa. Os resultados obtidos
também não podem ser diretamente comparados com as ETA's usualmente elaboradas para
avaliar a probabilidade anual de ruptura, uma vez que utilizam metodologias diferentes.
As análises de natureza qualitativa devem ser devidamente justificadas e registradas,
favorecendo o processo de reavaliação e melhoria contínua. Segundo Melo (2014), o
julgamento de engenharia (qualitativo), apesar da sua aparente fragilidade por refletir o
conhecimento de que se dispõe sobre os aspectos avaliados, é um método formalmente
reconhecido para estimativa das probabilidades de falha nas análises de risco realizadas em
barragens. Para esta dissertação, considerando a metodologia adotada, verificou-se que as
análises qualitativas apresentaram uma boa resposta. Deve-se considerar ainda que o uso de
109
avaliações quantitativas criteriosas pode inviabilizar o processo, devido, principalmente, às
incertezas inerentes a este tipo de estrutura e a complexidade das análises.
Com relação aos descritores adotados por Vick (1992), utilizado para os estudos de ETA,
verificou-se que seu uso é bastante prático, mas em determinados momentos a aplicação de
valores intermediários seria mais adequada. Durante este trabalho considerou-se que o termo
"impossível", utilizado para a probabilidade de 1%, não é o mais adequado, sendo substituído
pela expressão “quase impossível”.
Quanto mais estudos forem realizados na área de análise de risco, maiores serão as
informações disponíveis para a realização de análises comparativas, e mais experientes serão
as pessoas envolvidas neste tipo de atividade, favorecendo a percepção do risco e todo o seu
processo de gerenciamento.
Apesar dos avanços recentes verificados na aplicação de ferramentas de análise de risco em
barragens, ainda existe muito espaço para evolução neste campo. Por mais que a frequência
de acidentes neste setor seja baixa quando comparada a outras atividades, as consequências
proporcionadas por estes eventos podem ser muito graves, e as ações devem ser tomadas
considerando, principalmente, a perspectiva das pessoas localizadas no vale a jusante.
Seguem algumas sugestões para pesquisas futuras relacionadas ao tema desta dissertação:
- Testar as árvores de eventos elaboradas em exercícios práticos, simulando o enfrentamento
de uma situação emergencial real, para avaliar sua eficiência, com a respectiva proposição de
melhorias;
- A partir da experiência da aplicação do método em outras estruturas, estabelecer limites para
os valores encontrados nas FMEA's a partir dos quais serão construídas as árvores de eventos;
- Realizar testes para outras estruturas e modos de falhas;
- Contemplar análises de consequência em estudos futuros;
- Desenvolver metodologia para contemplar análises de viabilidade técnica e econômica da
implantação das ações de resposta propostas.
110
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i
APÊNDICE A
A.1 Tabela análise FMEA
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Monitoramento do nível dos afluentes e do
reservatório por sistema de telemetriaDetecção
Deplecionamento do reservatório e
formação de volume de esperaPrevenção
Monitoramento da estabilidade dos taludes
na região do reservatórioDetecção
Estabilizar os taludes, caso necessário Prevenção
Falha de projeto 1 I 9Utilização dos melhores critérios de projeto
conhecidosPrevenção 1 9
Construção de bermas estabilizadoras Prevenção
Deplecionamento do reservatório Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Construção de bermas estabilizadoras Prevenção
Substituição de material Prevenção
Deplecionamento do reservatório Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Monitoramento através de instrumentação Detecção
Construção de bermas estabilizadoras Prevenção
Deplecionamento do reservatório Prevenção
Falha de projeto ou construção 2 II 20Utilização dos melhores critérios de projeto
conhecidosPrevenção 4 80
Sabotagem 1 I 10Restrição de acesso à área de segurança da
barragemPrevenção 2 20
Falha no sistema de
instrumentação6 III 60
Instalação de instrumentos adequados à
condição da barragemDetecção 2 120
Conter o
reservatório
Instabilidade global do
maciço da barragem,
com liberação
descontrolada de água
1 (2) Movimento de
massa10 VI
Formação de processos
erosivos externos e
abertura de brecha
1 (1) Galgamento da
barragem
4 40
5 150
10I
Propriedades inadequadas dos
materiais3 II 30
1Abalos sísmicos
S O
V9
27
1 Barragem de terra-enrocamento
9
Carregamentos excepcionais 3 II 30 2 60
1Vazão afluente superior à
capacidade extravasora
Escorregamento de taludes na
região do reservatório e formação
de onda
1
1
I
I
9
9 3
ii
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Deplecionamento do reservatório Prevenção
Lançamento de materiais de filtro e dreno Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Elaboração de projeto adequado, com a
respectiva adoção de técnicas construtivas
adequadas
Prevenção
Falha no sistema de
instrumentação6 III 54
Instalação de instrumentos adequados à
condição da barragemDetecção 2 108
Fechamento de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Aplicação de material mais plástico nesta
regiãoPrevenção
Uso de filtros, para retenção de partículas do
soloPrevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Reconstrução e recompactação Prevenção
Inspeção visual Detecção
Alteamento da crista Prevenção
Inspeção visual e monitoramento por
campanhas topográficas Detecção
Conter o
reservatório
1 9
1 10
Piping com formação de
brecha1 (3) Erosão interna
7 126
9 V
Falha de projeto ou construção 2 II 18
O vale da barragem é muito
encaixado4 III 36 5 180
S O
1 Barragem de terra-enrocamento
1.1 Crista
9
10
II
I
3
1
Excesso de deformações
III3Impossibilidade de
execução de inspeções
1.1 (1) Obstrução de
acesso
Permitir acesso à
barragem
Recalques (inadequação de
projeto ou construção)
VI10Galgamento com erosão
externa
1.1 (2) Deformação
excessiva
Garantir a borda
livre da barragem
iii
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Manter a qualidade da compactação durante
o processo construtivo. Promover a
recompactação quando necessário.
Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Construção de bermas estabilizadoras Prevenção
Injeção de calda de cimento Prevenção
Instalação de poços de drenagem Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ampliação da berma. Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ajustes de construção (recompactação) Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ampliação da berma. Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recomposição e recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
1.2 (2) Deformação
excessiva
Conferir
estabilidade
mecânica
4 120
4 80
4 80
804
5 100
30
II
II
II
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
Forma do vale (recalques
diferenciais)
Colapso dos materiais
Fluência dos materiais
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
3 II
1.2 (1) Instabilidade
associada a
movimentos de
massa5 100
5 90
Fissuração com
instabilidade global10 VI
Instabilidade global da
barragem10 VI
6 IV
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 20
Instabilidade local da
barragem
20
20
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 12
II2
II2
S O
1.2 Enrocamento de jusante (avaliação geral)
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)
Percolações ou poropressões
elevadas
2 II 20 4 80
4 III 40 3 120
4 48
18
3
2
2 20
20
iv
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Selagem de trincas Prevenção
Recomposição e recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Substituição dos blocos danificados Prevenção
Inspeção visual Detecção
Remoção da vegetação Prevenção
Inspeção visual Detecção
Fiscalização adequada da obra Prevenção
Inspeção visual Detecção
Molhar o enrocamento durante a construção Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Utilizar a compactação adequada Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Reconstrução do acesso Prevenção
Inspeção visual Detecção
Conferir
estabilidade
mecânica
1.2 (2) Deformação
excessiva
Acesso à crista e
taludes da
barragem
1.2.1 (2) Perda do
acesso à crista da
barragem
II 8
I 4
1 I 4
Crescimento de vegetação
Lançamento e acabamento
inadequados
Movimentação por colapso
Movimentação por fluência
Afeta a realização de
inspeções e adoção de
medidas preventivas e
corretivas
Recalques diferenciais
1.2.1 (1) Falha de
proteção
2 III 2 II 4
2
1
2
Degradação dos blocos de rocha II 8 1 8
Formação de processos
erosivos, com
instabilidade local
4 III
9 V
II 8
2
Proteger o talude
de jusante contra
erosão externa
9I1
18 1 18
4 48
5 90
4 72
1 9
1.2.1 Enrocamento de jusante - Zona 9*
II3
Fluência dos materiais
II
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
Fissuração com
instabilidade local6 IV
Galgamento
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
Forma do vale (recalques
diferenciais)
Colapso dos materiais 4 48
4 48
II
12
12
18
18
122
II2
II2
II3
S O
1.2 Enrocamento de jusante (avaliação geral)
1
1
4
4
4
4
4
32
32
16
2
v
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Manter a qualidade da compactação durante
o processo construtivo. Promover a
recompactação quando necessário.
Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ampliação da berma. Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ajustes de construção (recompactação) Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ampliação da berma. Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recomposição e recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recomposição e recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Conferir
estabilidade
mecânica
Fissuração com
instabilidade local6 IV
Forma do vale (recalques
diferenciais)3 II 18 4 72
II 12 4 48
4 80
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais, 2 II 20 5 100
12 4 48
4 120
Colapso dos materiais 2 II 80
3 II 30
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 12 4 48
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 12 5 60
12 4 48
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 12 5 60
Fissuração com
instabilidade global10 VI
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)
IIColapso dos materiais 2
Forma do vale (recalques
diferenciais)
Instabilidade local da
barragem6 IV
1.2.2 (2) Deformação
excessiva
S O
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II
20 4
Fluência dos materiais 2 II 20 4 80
1.2.2 (1) Instabilidade
associada a
movimentos de
massa
Instabilidade global da
barragem10 VI
Fluência dos materiais 2
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 20
1.2.2 Enrocamento de jusante - Zona 6
2 II 20 4 80
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 20 5 100
vi
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Reconstrução da proteção de PEAD Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Reconstrução da proteção de PEAD Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Reconstrução com uso de uma manta
adequada às condições locaisPrevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Manter a qualidade da compactação durante
o processo construtivo. Promover a
recompactação quando necessário.
Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ampliação da berma. Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ajustes de construção (recompactação) Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ampliação da berma. Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
1.2.2 (2) Deformação
excessiva
Conferir
estabilidade
mecânica
Conferir
estabilidade
mecânica
V
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)
Instabilidade local da
barragem6 IV
Galgamento 9
4 48
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
3 II 18 5 90
4 48
4 32
4 32
4 80
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
3 II 30 5 150
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II
1.2.3 (1) Instabilidade
associada a
movimentos de
massa
Instabilidade global da
barragem10 VI
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 20
12
2 II 18 1 18
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
1 I 9 1 9
Direcionar a
água pluvial para
fora do talude de
jusante, pela
implantação das
mantas de PEAD
1.2.2 (3) Falha do
sistema de drenagem
pluvial, que utiliza
uma manta PEAD
para direcionar o
fluxo
S O
Falha construtiva 2 II 8
8II2dimensionamento inadequado da
manta, causando furos ou rasgos
1.2.2 Enrocamento de jusante - Zona 6
Recalque diferencial 3 II 12
1.2.3 Enrocamento de jusante - Zona 5 / 5A
Aumento da taxa de
reações químicas no
maciço, favorecendo a
geração de efluentes
ácidos, recalques
diferenciais e aumento
da temperatura
4 III
vii
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Selagem de trincas Prevenção
Recomposição e recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recomposição e recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Conferir
estabilidade
mecânica
4 120
2 II
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 18 1 18
1 I 9 1 9
905
20
3 II 18
Galgamento 9 V
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
Colapso dos materiais
Fissuração com
instabilidade local6 IV
12 4 48
Fluência dos materiais 3 II 18 4 72
4 80
Fluência dos materiais 3 II 30 4 120
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 12 4 48
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
3 II
4 72
4 80
5 1503 II 30
Forma do vale (recalques
diferenciais)3 II 30
1.2.3 (2) Deformação
excessiva
Fissuração com
instabilidade global10 VI
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 20
Colapso dos materiais 2 II
18
Forma do vale (recalques
diferenciais)
S O
1.2.3 Enrocamento de jusante - Zona 5 / 5A
viii
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Rebaixamento do reservatório e
reconstrução com material adequadoPrevenção
Instrumentação Detecção
Realizar estudos adequados tensão-
deformaçãoPrevenção
Instrumentação Detecção
Adotar critérios adequados de projeto, com a
devida fiscalização da obraPrevenção
Instrumentação Detecção
Dimensionamento adequado da
granulometria do filtro, conforme o soloPrevenção
Rebaixamento do reservatório Prevenção
Instrumentação Detecção
Rebaixamento do reservatório Prevenção
Utilizar critérios adequados de projeto e
construção.Prevenção
Instrumentação Detecção
Implantar sistemas adicionais de drenagem Prevenção
Bermas de equilíbrio Prevenção
Rebaixamento do reservatório Prevenção
Instrumentação Detecção
Compactação adequada Prevenção
Rebaixamento do reservatório Prevenção
Instrumentação Detecção
Compactação adequada Prevenção
Implantar sistemas adicionais de drenagem Prevenção
Rebaixamento do reservatório Prevenção
Instrumentação Detecção
1 I 9 8 72
1 I 9 5 45
Piping
Aumento de
poropressão, gerando
instabilidade local ou
global
Fraturamento hidráulico
Fraturamento hidráulico
9 V
9 V
9 V
10 VI
7 63
5 100
Impermeabilizar
a barragem.
Vedação.
1.5 (1) Percolação
excessiva
1 I 9
202 II
Piping
O filtro permite o carreamento de
partículas de solo, favorecendo as
erosões regressivas, devido à
granulometria inadequada
Recalques diferenciais podem
favorecer a abertura de caminhos
preferenciais através do filtro
Controlar a
percolação na
barragem
1.4 (1) Não exercer a
função de dreno e
filtro para controle da
percolação
Instabilidade global do
barramento
7 631 I 9
1
1
1 I
I
I 9
9
9
Aumento da poropressão e
redução da tensão efetiva
Evitar a migração
de partículas de
solo em
decorrência de
diferenças
acentuadas de
granulometria
1.3 (1) Não operar
como transiçãoPiping 9 V
Granulometria inadequada
Recalque diferencial
Problemas de projeto e
construção
1.3 Transições de jusante e montante - Zonas 2A*, 3*, 3A*, 4*
S O
1.4 Filtro - Zona 2
1.5 Núcleo impermeável (Zona 3B, 1-J1, 1-J2)
5
4
4
45
36
36
ix
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Substituição dos blocos danificados Prevenção
Inspeção Visual Detecção
Recomposição do rip-rap, com avaliação da
necessidade de adequar a dimensão dos
blocos
Prevenção
Inspeção Visual Detecção
Alterar regras operativas Prevenção
Recomposição do rip-rap Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do rip-rap Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do rip-rap, utilizando critérios
adequadosPrevenção
Inspeção visual Detecção
Manter a qualidade da compactação durante
o processo construtivo. Promover a
recompactação quando necessário.
Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ampliação da berma. Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ajustes de construção (recompactação) Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ampliação da berma. Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Conferir
estabilidade
mecânica
1.7 (1) Instabilidade
associada a
movimentos de
massa
Instabilidade global da
barragem
80
Instabilidade local da
barragem6 IV
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 12 4 48
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 12 4 48
3 II 9 2 18
10 VI
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 20 4 80
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 20 4
2 II 6
1 6
1 9
2 12
2 12
2 II 6
3 II 9
2 II 6
Proteger o talude
de montante
contra erosão,
principalmente
em relação ao
efeito das ondas
do reservatório
Não exercer
proteção do talude de
montante
Erosão externa com
istabilidade local3 II
Degradação dos blocos de rocha
Deslocamento pela força das
ondas
Movimentação por colapso
Movimentação por fluência
Problemas de projeto e
construção
1.6 Rip-Rap - Zona 7*
1.7 Enrocamento de montante
S O
x
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Selagem de trincas Prevenção
Recomposição e recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recomposição e recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Conferir
estabilidade
mecânica
80
Fluência dos materiais 3 II 30 4 120
1 18
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
1 I 9 1 9
V
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 18
Fissuração com
instabilidade local6 IV
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 12 4 48
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 12 4 48
Forma do vale (recalques
diferenciais)3 72
Colapso dos materiais 2 II 12 4 48
Fluência dos materiais 3 II 18 4 72
80
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 20 4 80
Forma do vale (recalques
diferenciais)3 II 30 4 120
1.7 (2) Deformação
excessiva
Fissuração com
instabilidade global10 VI
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 20 4
Colapso dos materiais 2 II 20 4
II 18 4
Galgamento 9
1.7 Enrocamento de montante
S O
xi
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Compactação adequada Prevenção
Rebaixamento do reservatório Prevenção
Instrumentação Detecção
Manter a qualidade da compactação durante
o processo construtivo. Promover a
recompactação quando necessário.
Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ampliação da berma. Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ajustes de construção (recompactação) Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ampliação da berma. Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recomposição e recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
1.7.1 (2) Deformação
excessiva
Conferir
estabilidade
mecânica
20 4 80
20 4 80
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 20 4 80
20 4 80
12 4 48
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais, 2 II 12 4 48
1.7.1 (1) Instabilidade
associada a
movimentos de
massa
Instabilidade global da
barragem10 VI
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 20 4 80
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 20 4 80
Instabilidade local da
barragem6 IV
30 4 120
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II
Fissuração com
instabilidade global10 VI
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II
Forma do vale (recalques
diferenciais)3 II
Fluência dos materiais 2 II
Colapso dos materiais 2 II
Aumentar o
caminho de
percolação,
reduzindo o
gradiente
hidraulico
1.7 (3) Percolação
excessivaPiping 9 V Fraturamento hidráulico 3 II 27 4 108
1.7 Enrocamento de montante
1.7.1 Enrocamento de montante - Zona 6
S O
xii
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Selagem de trincas Prevenção
Recomposição e recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Manter a qualidade da compactação durante
o processo construtivo. Promover a
recompactação quando necessário.
Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ampliação da berma. Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ajustes de construção (recompactação) Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Ampliação da berma. Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
1.7.1 (2) Deformação
excessiva
Conferir
estabilidade
mecânica
Conferir
estabilidade
mecânica
4 80
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 20 4 80
Instabilidade local da
barragem6 IV
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 12 4 48
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 12 4 48
1.7.2 (1) Instabilidade
associada a
movimentos de
massa
Instabilidade global da
barragem10 VI
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 20
18 4 72
18 1 18
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
1 I 9 1 9
Colapso dos materiais 2 II 12 4 48
Fluência dos materiais 2 II 12 4 48
Fissuração com
instabilidade local6 IV
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 12 4 48
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 12 4 48
Forma do vale (recalques
diferenciais)3
Galgamento 9 V
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II
II
1.7.1 Enrocamento de montante - Zona 6
1.7.2 Enrocamento de montante - Zona 5L
S O
xiii
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Selagem de trincas Prevenção
Recomposição e recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recomposição e recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Recomposição do talude Prevenção
Inspeção visual Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Selagem de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Conferir
estabilidade
mecânica
3 II 18 4 72
4 80
Fluência dos materiais 3 II 30 4 120
Galgamento 9 V
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 18 1 18
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
1 I 9 1 9
Fissuração com
instabilidade local6 IV
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 12 4 48
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 12 4 48
Forma do vale (recalques
diferenciais)
Colapso dos materiais 2 II 20
3 II 18 4 72
Colapso dos materiais 2 II 12 4 48
Fluência dos materiais
4 80
Inadequação de projeto
(propriedades dos materiais,
configuração dos taludes)
2 II 20 4 80
Forma do vale (recalques
diferenciais)3 II 30 4 120
1.7.2 (2) Deformação
excessiva
Fissuração com
instabilidade global10 VI
Inadequação construtiva
(compactação inadequada)2 II 20
1.7.2 Enrocamento de montante - Zona 5L
S O
xiv
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Compactação adequada Prevenção
Rebaixamento do reservatório Prevenção
Instrumentação Detecção
Fiscalização adequada da obra Prevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Uso de concreto resistente a ataque ácido,
com proteção de membrana epóxi.Prevenção
Instrumentação Detecção
Controle rígidos dos critérios de projeto e
construçãoPrevenção
Reforçar a fundação, com injeção ou
melhoria dos sistemas de drenagemPrevenção
Suavisar os taludes da barragem Prevenção
Inspeção visual e Instrumentação Detecção
Realizar as investigações geológicas com o
critério necessário.Detecção
Reforçar a fundação, com injeção ou
melhoria dos sistemas de drenagemPrevenção
Inspeção visual e Instrumentação Detecção
Reforçar a fundação, com injeção ou
melhoria dos sistemas de drenagemPrevenção
Aplicação de filtro invertido Prevenção
Aplicação de drenos a jusante da barragem Prevenção
Inspeção visual e Instrumentação Detecção
Lançamento de material "vedante" a
montante da barragemPrevenção
Rebaixamento do reservatório Prevenção
4 108
Aumentar o
caminho de
percolação,
reduzindo o
gradiente
hidraulico
1.7.2 (3) Percolação
excessivaPiping 9 V Fraturamento hidráulico 3 II 27
1.7.2 Enrocamento de montante - Zona 5L
2 Concreto de enchimento
3 Fundação
S O
Tratamento inadequado da
fundação
Aspectos geológicos não
identificados
Instabilidade global
3 (2) Erosão Interna
Promover
suporte para a
barragem
3 (1) Movimento de massa
Piping
Percolação excessiva de água,
com o respectivo carreamento de
material particulado.
9 V
10 VI
1 I
Regularizar a
fundação
2 (1) Regularização
inadequada da
fundação
Desenvolvimento de
caminhos preferenciais
e piping
7 IVA configuração geológica pode
favorecer a formação de
caminhos preferenciais
2 II 14 7 98
Reduzir a
percolação de
águas ácidas pela
fundação
2 (2) Excesso de
percolação de águas
ácidas pela fundação
Alteração das
propriedades dos
materiais
3 IIIPresença de sulfetos na geologia
local4 III 12 5 60
10
2 II 20
1 I 9 7 63
7 140
7 70
xv
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Controle rígidos dos critérios de projeto e
construçãoPrevenção
Reforçar a fundação, com injeção ou
melhoria dos sistemas de drenagemPrevenção
Inspeção visual e Instrumentação Detecção
Realizar as investigações geológicas com o
critério necessário.Detecção
Reforçar a fundação, com injeção ou
melhoria dos sistemas de drenagemPrevenção
Inspeção visual e Instrumentação Detecção
Reforçar a fundação, com injeção ou
melhoria dos sistemas de drenagemPrevenção
Aplicação de filtro invertido Prevenção
Aplicação de drenos a jusante da barragem Prevenção
Inspeção visual e Instrumentação Detecção
Lançamento de material "vedante" a
montante da barragemPrevenção
Rebaixamento do reservatório Prevenção
Fechamento de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Aplicação de material mais plástico nesta
regiãoPrevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Fechamento de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Aplicação de material mais plástico nesta
regiãoPrevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Apoiar a
barragem de
aterro na
interface com o
terreno natural,
mantendo sua
estabilidade
4 Ombreira Direita
3 Fundação
S O
3 (4) Erosão Interna Piping 9 V
Percolação excessiva de água,
com o respectivo carreamento de
material particulado.
1 I 9 7 63
Tratamento inadequado da
fundação1 I 4 7 28
Aspectos geológicos não
identificados2
Controle da
percolação sob a
barragem
3 (3) Excesso de
percolação
Perda de água do
reservatório4 III
Falha de projeto e construção
O vale da barragem é muito
encaixado
Instabilidade local
2 II 18
3 II 27
9 V
4 (1) Movimento de
massa na direção do
fundo do vale
4 72
4 108
II 8 7 56
xvi
FUNÇÃOMODO DE
FALHAEFEITO FINAL CAUSA CRIT CONTROLE
TIPO DE
CONTROLED NPR
Fechamento de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Aplicação de material mais plástico nesta
regiãoPrevenção
Uso de filtros, para retenção de partículas do
soloPrevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Fechamento de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Aplicação de material mais plástico nesta
regiãoPrevenção
Uso de filtros, para retenção de partículas do
soloPrevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Fechamento de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Aplicação de material mais plástico nesta
regiãoPrevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Fechamento de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Aplicação de material mais plástico nesta
regiãoPrevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Fechamento de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Aplicação de material mais plástico nesta
regiãoPrevenção
Uso de filtros, para retenção de partículas do
soloPrevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Fechamento de trincas Prevenção
Recompactação Prevenção
Aplicação de material mais plástico nesta
regiãoPrevenção
Uso de filtros, para retenção de partículas do
soloPrevenção
Inspeção visual e instrumentação Detecção
Apoiar a
barragem de
aterro na
interface com o
terreno natural,
mantendo sua
estabilidade
4 Ombreira Direita
5 Ombreira Esquerda
S O
4 (2) Erosão interna Piping 9 V
1Falha de projeto e construção I 9
O vale da barragem é muito
encaixado3 II 27
Apoiar a
barragem de
aterro na
interface com o
terreno natural,
mantendo sua
estabilidade
5 (1) Movimento de
massa na direção do
fundo do vale
Instabilidade local 9 V
Falha de projeto e construção 2 II 18 4 72
O vale da barragem é muito
encaixado4 III 36 4 144
5 (2) Erosão interna Piping 9 V
Falha de projeto e construção 1 I 9 5 45
O vale da barragem é muito
encaixado
1355
5 45
4 III 36 5 180
xvii
A.2.1 Árvore de eventos do comportamento esperado para o piping
P e1= 2,6 x 10-1
P e2= 2,6 x 10-2
P e3= 2,6 x 10-2
P e4= 2,6 x 10-3
xviii
A.2.2 Árvore de eventos considerando a aplicação de filtro a jusante
P e1= 2,9 x 10-3
P e2= 2,9 x 10-4
P e3= 2,9 x 10-4
P e4= 2,9 x 10-5
Aplicação de um filtro invertido no talude de jusante,
devidamente dimensionado, capaz de envolver toda a
região que apresenta carreamento de partículas.
Aplicação de um filtro invertido no talude de jusante,
devidamente dimensionado, capaz de envolver toda a região
que apresenta carreamento de partículas.
xix
A.2.3 Árvore de eventos considerando a aplicação de material vedante a montante
Aplicação de material vedante a montante
da região que apresenta carreamento de
partículas, visando reduzir o gradiente
hidráulico.
Aplicação de material vedante a montante da região que
apresenta carreamento de partículas, visando reduzir o
gradiente hidráulico.
P e1= 1,4 x 10-1
P e2= 1,4 x 10-2
P e3= 1,4 x 10-2
P e4= 1,4 x 10-3
xx
A.2.4 Árvore de eventos considerando o rebaixamento do reservatório
P e1= 3,2 x 10-3
P e2= 3,3 x 10-4
Rebaixamento do reservatório, reduzindo
ou eliminando o gradiente hidráulico na
região afetada.
xxi
A.2.5 Árvore de eventos considerando o rebaixamento do reservatório e aplicação de filtro a jusante
P e1= 3,2 x 10-4
P e2= 3,2 x 10-5
Rebaixamento do reservatório, reduzindo
ou eliminando o gradiente hidráulico na
região afetada.
Aplicação de um filtro invertido no talude de
jusante, devidamente dimensionado, capaz de
envolver toda a região que apresenta
carreamento de partículas.
xxii
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